近些年来，随着石墨烯在国内的迅速升温，各行各业的资本市场都对这个万能材料产生了浓厚的兴趣。然而越是如此，我们也就越需要聆听理性和专业的声音。

中科院院士刘忠范长期从事相关的研究和产业化工作，他对石墨烯的独到见解建立在深厚基础上，尤其值得关注和学习。以下内容选取自刘忠范的报告《石墨烯产业科学发展之路》。

可能

石墨烯是超级材料，它有很广阔的应用前景。有各种各样的可能性，触摸屏，透明的，导电，可以像ITO那样可以做触摸屏，可以做柔性的电子器件，光学相关的，国内做的比较多的像锂离子电池的导电添加剂等非常多。机械性能特别好，又轻，所以说可以做防弹衣，做防弹装甲相关的，在生物领域、生物医学领域有诸多可能的用途。

分类

我也经常愿意开玩笑的说，我说石墨烯有两种石墨烯，一个是男石墨烯，一个是女石墨烯，我觉得我这个发明挺好，至少很多人都记住了。

男石墨烯就是粉体，你看它可能跟活性炭差不多的这种东西，那是粉体石墨烯，有很多种做法；还有一种薄膜石墨烯，用化学气相沉积在炉子里烧出来的石墨烯。

其实这两类石墨烯它的做法不一样，它的性质差别也非常大，用途也完全不一样。当我们说石墨烯的时候，其实这男石墨烯和女石墨烯都非常重要。

从批量制备的角度讲：

粉体石墨烯一般比较简单，想象一下就是从石墨本体出发，把它剥下来，因为一层一层通常是比较弱的，想办法通过化学过程的处理，把它一层层剥下来。相对而言它的质量是比较差，就是里面不仅仅是碳，还有很可能超过10%的氢、氧类的东西，当然成本也相对低一点，这是一个最新的会明院士提的说法，全国的产能差不多7千吨，但实际的产量也就百八十吨左右，尽管我们产能很高数千吨。那决定于后续的开发，如果生产这么多，没地方去卖，自然你没法往前推进，这也是一个问题。

化学气相沉积

薄膜石墨烯刚才说了化学气相沉积，这个问题稍稍复杂一点，在炉子里烧出来的东西一般需要催化剂，现在用的最多的是铜箔，在铜箔表面催化生长，像甲烷。在上面累积了之后，一层一层上面长出来这个东西，铜箔表面通常长出的是一层比较标准的石墨烯。相对而言质量比较高，上千度的温度，成本当然也比较高，我们国家现在有数家公司，应该有三家左右在做批量的制备，规模可以到年产百万平米这个样子。我可以这么讲，在石墨烯的制备方面，不论从粉体石墨烯，还是从薄膜石墨烯，我们国家的这个规模应该说量级，全世界几乎是最大的一个这么一个量级。

理想与现实

石墨烯材料，当我们说石墨烯的时候，其实总有你说的是理想的石墨烯还是现实的石墨烯这种问题。我经常讲，理想的石墨烯是画出来的，是一个完美的单晶结构，是一张像纸一样的薄东西。但实际的石墨烯是一件破衣服，这破衣服的每一块可以是一个单晶，两块之间连起来，所谓的叫边界这个东西，你可以想象石墨烯可以很结实，但一拉的时候，从那个边界就可以拽开。

还有我特意选了这么一张图，你看上面的，如果大家注意的话上面有个点，很脏，其实石墨烯的表面很脏，我一直最近在宣布这件事情，我明年会集中讲这件事情，石墨烯的表面非常脏，真是非常脏，很多人其实是视而不见或者根本没注意这个事。它不仅有缺陷，有各种脏东西，这件事情其实非常大。

所以实际观测到的石墨烯性质远差于理想情况，我经常愿意说的是理想很丰满，现实很骨感。当你忽悠石墨烯的时候是理想情况，但实际拿到的时候并不是这个样子。

对比碳纤维

我最近一直愿意说制备决定未来。在这里，我跟大家说一下碳纤维，我是很认真地研究了一下碳纤维的发展历史，我觉得非常有启发，但是在座的各位对碳纤维都有所耳闻，有所了解，那是一个比现在成熟的行当，我觉得会很有启发对我们未来的石墨烯产业。

碳纤维1961年是日本人叫进藤昭男发明了聚丙烯腈基的碳纤维，到1971年日本的东立公司才率先实现了量产，而且这个量产每个月一吨，一年十几吨的样子，1961年到1971年，那个时候产品，他们率先定标，做标号，T300，M40等等，在那之后，1971年一路到现在的话，45年的时间，走了T800、T1000，还往前在走。

早年的碳纤维做什么呢，做钓鱼干、做自行车，现在的碳纤维可以做飞机，尤其是东立公司碳纤维的研发，的的确确值得我们思考，这是一个半个世纪的坚持，我这个也了解了一下，他们71年开始做量产，据说是花了1400亿，1400亿将近100亿人民币做前期的研发，一直在亏损。我还真没想到，实际上他们在2003年接到波音787公司的定单之后，才真正的扭亏为盈，而且这个行业才真正的带动起来，在那之前投了100亿人民币这么一个样子。

我们来看看这个碳纤维的市场

从08年左右，那个时候是多少万吨？4.5万吨，现在的话是几十倍，将近30万吨。那么在这里，而且它应用的领域越来越广，行当越来越多，你会看到在这个里面，东立公司占了34%，日本的三大公司占了将近70%，然后其他几个加到一起不到30%。在这里你看不到中国的影子，但是中国有多少做碳纤维的呢？看到没有，有30多家在做碳纤维，生产T300、T700等等。我说什么意思呢，我们尽管有一大堆人在做，实际上在国际市场上我们占的份额忽略不计的，高端的我们做不出来。

我讲了半天碳纤维，我只想说石墨烯干什么？

其实石墨烯跟碳纤维真是很像，尤其未来的发展路径，我相信会有非常相似的借鉴的价值，需要我们去思考，我们不能简单的说怎么样子。如果说不是东立坚持的话，这个碳纤维能不能发展成一个现在大的行当很难说。所以我们说石墨烯很有前途，但是真正需要某一个企业，某一个组织，它站出来去坚持，最后真把这个行当做起来，如果不是这样的话，也难说石墨烯一定有未来，在这一点其实非常重要。

标号

从材料制备的角度讲，我觉得有几点很重要，最近愿意提标号石墨烯，我认为这是石墨烯材料发展的必经之路。

什么概念呢？

我们现在大家在做无论是男石墨烯还是女石墨烯，都号称是石墨烯，我是单晶多少多少。我相信未来的时候，一定有特定像碳纤维那个样子，T300、T800、T1000这种东西出来，有一个明确的东西，谁能占住这个先机我认为非常重要。标号石墨烯这件事情我认为将来必定是石墨烯材料制备的一个标准，将来谁能做出来，谁能够被别人承认，这点非常重要。

举这个薄膜的例子

在过去六七年来，2009年开始，那个时候我说那件破衣服只是微米级的，现在已经能做到厘米级，最多可以做到英寸级，两英寸，1.5英寸这个样子。那么这个显然会一部分一种程度的代表了它这个性能，如果将来你能做这么大一块单晶，全是石墨烯单晶的话，肯定它的性能完全不一样，这些需要做制备的人下工夫，老实讲这个还远，真没那么容易，我们可以年产百万平米，但它的性能，里面的情况，做的人大家非常清楚。

北京大学在这一点上我们一直非常希望做到这一点，我有一个非常大的团队做标号石墨烯，这是我们设计的第二代的炉子，挺漂亮这个炉子。

那我们现在能做到什么样子呢？产能是一台炉子可以连续不停地转的话，每天10个小时，年产2万平米的样子。这里面差不多可以达到毫米级，但实际上也很难，你说做厘米级的根本做不到，等等。

粉体

在制备方面，我是觉得，尤其像男石墨烯，粉体石墨烯的制备方面，绿色化制备是一个很大的问题，还有石墨烯的可分散性问题。

绿色制备是什么概念呢？

其实不可否认的是，尽管我们国家在还原氧化法做石墨烯本体，实际上它会制造大量的污水，如果说我们处理不好的话，会污染环境。这方面实际上我最近一直呼吁，应该引起大家的重视，将来治理就晚了，从某种意义上有点像当年的稀土，稀土开采的时候都是带来了，伴随着大量的环境的破坏，那石墨烯弄不好的话也会出现这种问题。

还有一个，石墨烯我们知道，它是一层一层的石墨片，实际上这个相互作用特别容易聚起来，对于粉体石墨烯，无论做任何用途，把它很好的分散其实非常重要，我认为这一点大家关注的还不是非常多，做出来多少层可能你自己都不清楚。

这一点我们也在琢磨别的路子，比如我们去设计非平面的石墨烯，平面的石墨烯容易发生相互作用，非平面就可以减弱这种相互作用。那么这种相互作用我直接去长，就可以长各种不同结构的石墨烯，而且质量非常高，当然比较贵。

举两个例子

比方说我们用便宜的硅藻土，上面长石墨烯粉体，这样的粉体上面可以看到有很多小单元，几十个微米左右，上面很多眼。这些堆起来的时候相互作用比较弱，我轻轻的一晃都不用超声就可以把它分散开，导电声那是正常的rgo的10倍以上这个样子。也就是说在制备方面，绿色化、高性能还有很多空间可以去挖掘。

应用

我想说的是，制备当然是重要，其实最重要的是要有杀手锏级的应用，离开它不行的这种应用。我觉得这点应该说现在还是未知数，大家经常会说杀手锏的应用究竟是什么？假如我知道的话我肯定不告诉你，我偷偷的去做，是不是？究竟什么是它的杀手锏级的应用，我们一直在探索。

举一个我们的例子

我们现在在做石墨烯玻璃，我对这个非常看好，我现在可以在任意玻璃上，不是涂上去，是长上去一两层石墨烯，长出来这个石墨烯，现在做得最大的、最好的就是60厘米，60厘米还不大，但是能做到这个样子就很不容易了，因为越大越不均匀，有的地方黑黑的，有的地方还没长上，这是个非常大的问题。但是我现在基本上半米左右见方的我差不多能做，最近我们又设计了一台差不多有一米左右的东西这样的去做，一步一步很难，但是我们有信心去做。

什么叫超级石墨烯玻璃呢？

你可以想象，我把玻璃跟石墨烯结合起来，玻璃不导电，石墨烯导电，变成导电玻璃;玻璃不导热，石墨烯导热，变成导热玻璃，有很多的性能完全不同，它不一样，所以这样的玻璃你可以想象，我相信，可以有很多好玩的用途。

比方说我们现在在做的

我们现在做的各种尝试，做智能窗，大家做过波音787的话，它现在做的窗子不用窗帘，我们这个电玻璃完全可以替代ITO玻璃去做，而且几伏电压就可以，三伏电压就改变它的颜色。我们做防霜雾镜，做玻璃的暖气加热片，我们现在像绿能嘉业做这个加热化，我们将来一块玻璃就可以，做各种各样的东西，做高效的细胞培养皿。

我们用它尝试做触摸屏，尽管也谈不上它有多大的优势可以去做，我们做智能投影墙，玻璃有很多，包括透镜也是玻璃，很多光学片都是玻璃，我们在利用这个光学片上面长石墨烯之后，就是各种各样光学传感器，效果非常好，我们现在正在往产业去推进这方面的技术。

还有更接地气的东西

第三代半导体照明技术的颠覆性解决方案，大家知道LED带来了一个非常大的产业，我们国家现在是主导这方面的事情。一方面石墨烯有可能做透明电极，其实更重要的是它可以做外延缓冲层，我们跟中科院半导体合作，这方面有非常大的前景。

你会看到通常情况下，是在蓝宝石衬底上去长氮化镓，那么由于晶格的匹配问题，外延生长的时候通常长不好，现在我们通过石墨烯来减缓了这个东西，我们可以在非晶上面去长，你看到没有，我们在石墨烯玻璃上长氮化物，和在蓝宝石上直接长大，你看它的差别，一个你什么都看不到，一个它是非常均匀，一个看到的是像河滩的干燥的河床一样，因为它长不好，这方面的市场非常难，你可以想象，当我用我的又便宜，它后续肯定是性能会更好，这是一个非常大的产业。

像这些东西，我觉得都有可能成为未来的杀手锏级的应用。

另一个方向是做石墨烯光纤

我们叫超级石墨烯光纤，大家知道光纤是什么呢？光纤就是二氧化硅，也是玻璃，我现在可以在这个上面长非常好的石墨烯，它可以做特种光纤，耐腐蚀、抗干扰一层就行，可以做光纤探测器，电光调制器等等，我现在有个团队专门在做这个东西，高端的研发，我们充满期待，我们也在跟光纤企业在合作，在做这件事情。

前途

最后我想还是这张图，已经用了无数次这张片子，石墨烯究竟是前途无量还是昙花一现，首先我还是认为，制备决定未来。当你能够制备出真正理想的最好的石墨烯，越接近理想情况的时候，它的应用面就会越广。现在很多人问我说石墨烯究竟能干什么用？我说看什么时候的石墨烯，现在的石墨烯可能用途还有限，但是未来的石墨烯它的用途可能是你想像不到，就像当年的碳纤维一样。

第二点，我已经说过了，我们不能满足于石墨烯是万金油、大力丸，要找到杀手锏级的应用，离开它不行，大家还在找。那石墨烯究竟还能走多远，这个我也说了很多次了。

我给石墨烯设定了三种前途：

材料是人类文明和社会进步的阶梯，从石器时代，其实它是一个标签，石器时代、青铜器时代、铁器时代，现在如果说我们要用材料来描述这个时代的话，可以说是硅时代，未来几百年之后有没有可能有石墨烯时代呢？我觉得或许有可能。当然我相信，在我的有生之年我估计见不着石墨烯时代，但不能说石墨烯不重要。让我们共同努力，一起努力，让这个时代早点到来，最后感谢我的团队和相关部门支持，谢谢。

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