石墨烯走下神坛
2018-06-07黄芳芳李雪娇
黄芳芳 李雪娇
2010年诺贝尔物理奖的公布,让全世界认识了石墨烯这一神奇的二维材料。随后人们对石墨烯的基础研究和应用探索如百舸争流。近两年,石墨烯开始走下神坛,如今石墨烯行业看似低调,业界却是暗自较劲。有“工业味精”之称的石墨烯将如何“飞入寻常百姓家”?
降火
石
墨烯是当前世界上最轻的材料。因具有良好的抗拉强度及透光、导电和导热性能,它被誉为新世纪的“材料之王”。
一项新技术的诞生,蕴藏着改变世界的力量。自2004年英国曼彻斯特大学的两位俄裔科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫巧妙地利用机械剥离法分离出单层的石墨烯以后,石墨烯材料吸引国内外专家数十年的探索研究,市面上可见的“石墨烯+”产品如雨后春笋般出现,但从产品和技术周期来看,石墨烯的热度正在逐渐消散。当前石墨烯行业发展如何?业界如何看待石墨烯产业?未来行业聚焦产品领域在何方?
学术派的应用思考
蒋旭一直认为自己很幸运。从读研究生时就开始接触石墨烯材料,再到后来一手创办的南京先丰纳米材料科技有限公司,正赶上国内石墨烯产业发展的“快车”。
2008年,蒋旭是南京大学纳米学专业的研究生一年级学生,国内石墨烯的学术研究刚刚兴起。导师带着他一起进行技术实验,这也让蒋旭对石墨烯材料有了深入的理解。
“科研工作很枯燥,最初产品不稳定,每天从早上7点到凌晨都‘泡在实验室,我们花了3个月的时间才解决产品问题。”蒋旭介绍,由于石墨烯在当时是新鲜事物,加上自己课余时间就喜欢逛纳米材料的论坛,结识了一个在北京做外贸服务的网友。
双方熟悉了之后,网友想购买1克石墨烯,供给他的国外客户。蒋旭得知后有些不情愿。
“因为石墨烯提取工艺复杂,需要处理得很精细,一天在实验室最多能提炼一两克。”蒋旭以忙碌为由拒绝了很多次,但是对方一直坚持,后来只能无奈应下。很快他就发现一个新问题,石墨烯材料在国内还未成规模,无从考量市场定价。蒋旭又查找国际石墨烯市场上的定价标准和产品,还是一无所获。
既然材料如此稀缺,蒋旭为了免受朋友的“骚扰”,索性定高了石墨烯材料的价格——600元/克。不料之后的需求量越来越大,买家也从国际扩展到国内,一个月可以赚得一两万元。
蒋旭再也坐不住了,便向导师汇报了情况,导师和辅导员对此表示支持,还给他介绍了很多科技企业的资源。2011年,正是国内石墨烯产业受到热捧的时期,初出茅庐的他在创业的第一年就完成了近百万的年销售额。
一路走来,蒋旭经历了很多行业故事。从创业初期,他就清醒地认识到,新材料的产业化道路是艰辛的,需要长期的坚持。在他看来,2014年-2015年是石墨烯产业的高潮,各家都在积极地探索应用,如石墨烯地热、壁画等产品也出现在市场上。
不过,蒋旭也看到目前石墨烯产业有很多需要完善地方。他认为,我国石墨烯产品的下游应用有些讨巧,一些企业越过技术难关,争抢做容易的环节。“之前我去考察一个厂家,主要是做石墨烯地热,号称年产值达到几亿元,后来我们计算了石墨烯的用量,发现含量很少,换算成本只有几万元,因为里面也会加入石墨材料,算不上高端应用产品。”
“我觉得中国的石墨烯企业应该做从0到1,而不是从1到100。”作为上游供应商,蒋旭希望看到石墨烯基础创新的长线产品,能够突破当前的框架,做出想象之外的应用,而不是单纯地依靠石墨烯概念,只做大商业部分。
技术后周期的市场反应
2015年,习近平主席参观曼彻斯特大学国家石墨烯研究院之后,石墨烯得到了政府、媒体、投资人等多方的关注,极大地推动石墨烯产业化的发展。有专家预测:20世纪是硅(Si)时代,21世纪将是碳(C)时代。不可否认,石墨烯产业的深度和广度都是其他材料不能比拟的。这种“神奇材料”集多种优异性能于一体,然而理想与现实总是存在差距的。
深圳华控赛格科技有限公司技术总监于灏博士在接受《经济》记者采访时表示,过去几年是石墨烯发展的机遇期。起初,石墨烯材料的制备受到较高的关注度。“大家都在尝试如何制作石墨烯原材料,石墨烯粉体、石墨烯浆料生产商不断涌现,国内的石墨烯产能得到迅速提升。”
目前,多個国家将石墨烯的发展提升至战略高度,我国就是其中的代表。特别是近年来,国内的各种石墨烯利好因素密集出现,高层关注、政策利好、资本推动、企业布局都在推着中国石墨烯行业的快速发展。同时,石墨烯的发现者、两位诺奖得主也频频访问中国,了解中国石墨烯产业化的情况。安德烈·海姆教授曾为科技日报的读者题词:“中国正引领石墨烯商业化。石墨烯与你们同在!”
在于灏看来,石墨烯产业在冰火两重天中前行。由于下游领域无法消化这些新生的石墨烯产能,导致产品同质化引发的恶性竞争。在此期间,一部分石墨烯原材料厂商开始寻求下游应用的破局思路,开发石墨烯的终端产品,通过提高产品在下游市场的渗透率来带动自身原材料的生产销售。于灏表示,“当时,业界都在讨论,到底是先提升原材料的品质,还是先把市场做起来”。
实际上,不仅仅是石墨烯,很多新兴技术在发展的过程中都会经历热炒、逐步务实到大规模发展等阶段。石墨烯正在度过炒作期的高点,进入到低调发展的阶段。
“我国石墨烯行业可以说是走在了世界的前列。2011年石墨烯企业开始出现,也申请了相关的专利,2014年-2016年迎来了石墨烯产业化的高潮。”北京吉泰亿阳科技有限公司董事长钟成告诉《经济》记者,行业高潮期主要以制备石墨烯为主,投资机构大举进入,追捧热点,很大程度上促成了石墨烯产业的瞬间爆发。
然而石墨烯产业迎来发展阶段顶点后,或将爆发新问题。一方面,相关技术及产品的发展达不到媒体和公众过度膨胀的预期;另一方面,过度理想的投资目标在实际市场中没能得到实现。
于灏认为,石墨烯产业化应用正在步入到一个新的阶段,即探索新的可渗透应用领域和已应用领域的差异化创新。“在这个阶段,风口、周期、时局可能是要被考虑的重要因素,因为决定产品成败的核心要素不仅仅是产品品质本身,外部的大环境同样变得越发重要。”
如果说石墨烯过去的产业化发展是站在自己的风口上,未来石墨烯产业需要自己创造风口。当新技术找到了自己的市场定位,其产生的利益与潜力被市场广泛接受,或许会迎来新一轮周期的黄金时期。
莫把石墨当作石墨烯
“一些地方把石墨烯与石墨资源混为一谈,只要当地发现了石墨资源,就打出石墨烯的概念,而且各地依托石墨资源规划的石墨烯产业园千篇一律,同质化非常严重。”在一次石墨烯研讨会上,中国非金属矿工业协会石墨专业委员会秘书长向琦忧心忡忡地说,“目前,石墨烯产业炒作成分过多,地方盲动性较大,应该回归理性了。”
石墨烯是通过天然石墨发明的,两者之间存在一定的关系,但不能简单地混为一谈。本质上,石墨资源是战略性矿产资源,石墨烯是战略性新兴材料。
石墨资源在我国储量丰富,产量占了世界70%左右。近年来,部分地区陆陆续续发现了石墨资源,计划打造石墨烯产业园。石墨烯分为两种:薄膜和粉体。石墨烯薄膜通过CVD法制备,其原料不是天然石墨,且产业化还需一定的时间。
去年底,晶质石墨被列为国家战略性矿产资源,在资源配置、财政投入、重大项目、矿业用地等方面加强引导和差别化管理,提高资源安全供应能力和开发利用水平。《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》将石墨烯纳入其中,石墨烯新材料具有技术高度密集,研究与开发投入高,产品的附加值高,生产与市场的国际性强,以及应用范围广、发展前景好等特点。
就当前发展情况而言,石墨资源的开发和利用在国内已经是成熟的产业,而石墨烯产业目前没有形成规模。尤其是晶质石墨产业,平均每年70万吨晶质石墨产量。黑龙江鸡西、萝北,内蒙古兴和县及青岛南墅、平度等是我国重要晶质石墨主产区,已经形成了采选、提纯、深加工等完整的石墨产业链,为当地的经济发展作出一定的贡献。
曙光
宋
代诗人杨万里有一首质朴的小诗:“莫言下岭便无难,赚得行人空喜欢。正入万山圈子里,一山放过一山拦。”用来形容石墨烯行业也颇为贴切。目前,国内石墨烯产业化应用进行到哪一步了呢?
从红海到蓝海
“我是一个理想主义者,当时我觉得石墨烯和电动车、高铁一样是中国弯道超车的机遇点。”7年前,金虎曾在一家国企的管理层任职。在国企工作13年的他,不满足于良好的福利待遇,创办了二维碳素,2015年在新三板挂牌上市。
“石墨烯创业难在它没有市场,创业者需要挖掘和培育一个新市场。”金虎认为,石墨烯企业不仅要把材料做出来,还要把材料的应用产品做出来。
“石墨烯制备出来以后,应该卖给谁呢?”这是金虎遇到的一个问题。
据金虎回忆,当时做石墨烯触摸屏,一是因为石墨烯具有透明、导电的性能,其二是他的投资人有一家触摸屏公司。进展比他预想得快。从2012年1月,产品研发完成到2014年量产出货只经历了两年多。
出乎意料的是,虽然石墨烯触摸屏为石墨烯首个应用打开了一扇窗,却让二维碳素走入了一个困境:随着触摸屏市场快速红海化,产品很快失去了利润优势。
“2012年,一片标准屏的价格为65元。到2014年,我们达到量产时,价格跌到15元-20元/片。到2018年,它变成了12元-13元/片。”原因在于,一方面,投入触摸屏行业的资金急速膨胀,造成恶性竞争;另一方面,其他规模大的生产线实现了规模化效应,压低了成本价。金虎只好选择了如工业控制、POS机等对触摸屏需求量较小的细分市场。
在触摸屏市场竞争激烈的2015年,一则新闻让金虎发现了一个全新的蓝海市场。当时iPhone6采用压力触控技术发布了3D touch功能。让他兴奋的是,二维碳素正在研发的石墨烯压力传感器,通过苹果公司对3D touch的认可,有了明确的市场目标。
今年,金虎对石墨烯传感器能实现量产和可观的销售额十分乐观。石墨烯传感器的技术门槛很高,主要难在开发的过程中与下游客户进行的系统性磨合。“我们两年前发布的传感器和现在的传感器完全不同,这就是两年来与系统集成商磨合的结果。”
雖然触摸屏产品没能让二维碳素扭转亏损的局面,“但它让我们在手机产业链里摔打了四五年,才找到传感器的新机会。”金虎认为,这应该是石墨烯的杀手锏应用。
石墨烯产业进入深水区
石墨烯的产业化应用远没有预想的那样快。它们会成功吗?
“从石墨烯产业发展来看,表面上风平浪静,实则暗潮涌动。它已进入深水区。”从2011年开始关注石墨烯的国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春告诉《经济》记者,简而言之,“忽悠时代”已经过去。目前石墨烯产业发展较快主要有三个领域:石墨烯防腐材料、新能源汽车电池、石墨烯电加热膜。
石墨烯防腐材料,已逐渐进入量产的进程。一些大的工程若要应用这类产品,仍需进一步测试。因此,石墨烯防腐涂料大规模进入市场,还需要市场的评价和验证。对于一些小型的化工厂,企业主觉得石墨烯防腐涂料的性价比不错,也有直接购买使用的。“目前此类石墨烯产品已实现销售突破,单独的企业有望形成1亿元的销售额。这也是石墨烯材料一个较大的突破。”李义春表示。
石墨烯在新能源汽车电池的应用
“石墨烯在新能源汽车电池方面,已进入第三代应用了。”李义春认为,第一代应用是导电添加剂,比亚迪率先采用含有石墨烯的导电添加剂,提高电池的性价比。目前各大企业全部采用了这一技术。
近年来,锂离子动力电池的生产制造对碳纳米管和石墨烯等先进导电剂的需求越来越大,预计2020年对导电浆料的需求达10万吨以上,这要求导电浆料主要生产企业具备万吨级以上产能条件。宁波墨西科技有限公司总经理刘兆平告诉《经济》记者,在国家工业强基工程项目支持下,今年年中墨西科技将建成万吨级石墨烯导电浆料生产线。
李义春认为,第二代应用是以东旭光电为首的快充技术出现以后,很多研发机构也加入快充技术的研发之列。目前快充技术已经进入产业化阶段。如果今年能够应用到新能源汽车上,也是一件鼓舞人心的事。
“石墨烯产业面临最大的问题是下游的配合和积极性的问题。”东旭光电副總经理王忠辉告诉《经济》记者,很多产品生产出来,下游企业不敢或不愿尝试。东旭光电发展新能源汽车产业,希望通过自有的汽车板块,拉动石墨烯电池的迅速崛起,带动它的商业化推广。“待石墨烯基锂离子电池与整车磨合顺畅以后,估计大规模应用的爆发点将在2019年。”
第三代是增加电池的电容量技术,目的是提高电池的行驶里程。目前在实验室阶段已有成果,但是在产业化上还有待突破。近期,三星电子宣布成功开发出石墨烯电池技术,提高电池容量,大幅降低充电时间。尽管如此,李义春判定,这一技术大规模产业化应用还需2年-3年。
石墨烯电加热膜成热点
燃煤污染是产生霾的因素之一。随着“煤改气”“煤改电”政策逐渐实行,为石墨烯电加热膜应用提供了市场机遇。
2017年,北方城市的蓝天数增多了,与冬季取消散煤燃烧有很大关系。2017年,中央财政支持试点城市推进清洁方式取暖替代散煤燃烧取暖,并遴选确定了天津、石家庄、唐山、保定、廊坊、衡水、太原、济南、郑州、开封、鹤壁、新乡12个城市入围首批试点。
石墨烯电加热膜从2016年开始进入这一市场。行业人士认为,石墨烯电加热膜还能解决新能源过剩的问题。比如,内蒙古新能源开工率低,弃光、弃风、弃电的现象依然存在,石墨烯电加热膜或可盘活这一市场。目前国内不少石墨烯企业都盯住了这一市场,如东旭光电、二维碳素、宁波柔碳电子科技有限公司等。
按地域划分,石墨烯电加热膜有两类市场:集中供暖的北方地区,产品销售多以建设工程形式的呈现;淮河以南地区,无集中供暖习惯,以散客居多。
去年冬季发生了“气荒”,金虎更加看好石墨烯电加热膜的应用前景。据金虎透露,目前公司已拿到了一些新建小区的工程,单项目建筑面积达几万平方米。
2017年,东旭光电的石墨烯电加热膜参与了一部分“煤改电”的试点,积累了在城市建筑、乡村房屋的测试数据。从数据反馈来看,农村用户对电费的敏感度较高,城市用户对产品功能、外观精美度等的要求较高。2017年是产品的数据积累期。他预计2018年,其销售额将达到几千万元。
与空调相比,石墨烯电采暖是一个柔和的辐射加热的过程,不会产生热风,造成空气水分大量散失。它的耗电程度与房间的保温效果关系密切。根据国家建筑标准,北方的房屋保温设施一般较好,在100平方米的房子里,石墨烯电采暖每天耗电不超过20度,而在南方同样条件下,每天耗电会在40度左右,从节能上说,南方建筑的节能标准有待提高。
李义春表示,石墨烯电加热膜经过小的示范,技术上逐渐成熟,今年有望实现较大的产业性突破。但目前来看,还有赖于配套政策的落实。“如果按照民用电费,一般家庭承受不起石墨烯电加热膜的耗电量。只有降低电价,石墨烯电加热膜才能低于烧锅炉取暖的成本。”若地方政府能够落实每度电0.1元-0.15元的配套政策,石墨烯电加热膜将有更大的市场空间。
随着各地政府采暖用电价补贴政策的逐渐出台,石墨烯的市场前景更为广阔。虽然目前在国家层面尚无系统性的电价补贴政策,但一些地方政府已经开始探索。
早在上个世纪60年代,碳纤维就被研发出来。直到上个世纪90年代,才被应用于军工领域。从硅材料的发展历史来看,从上个世纪60年代,美国人研发出集成电路。但是硅成为不可替代的材料则是在信息时代。碳纤维和硅从发现到应用,经历了三四十年的漫长过程。金虎认为,石墨烯是介于二者之间的材料,它能够进入很多传统行业,甚至出现颠覆性的应用,只不过现在尚未显现出来。他建议,从业者、地方政府,甚至是社会舆论,都应该对石墨烯的平稳和缓慢的发展抱以耐心。同时,也不能过于悲观。
此前,并没有一家销售真正的石墨烯产品的企业是盈利的。但是金虎认为,2018年行业里至少会有一家甚至更多石墨烯企业开始盈利。“这对石墨烯行业而言,是具有历史意义的突破。2018年才是真正的石墨烯元年,是石墨烯产业化的开端。”
狭义和广义的石墨烯产品
在推动高技术就绪指数石墨烯技术快速发展时,还需要注意其产品是属于狭义上的石墨烯产品,还是广义上的石墨烯产品。基于目前石墨烯所处的发展阶段,市面上的产品大致可以分为狭义和广义两类。狭义的石墨烯产品可以认为是石墨烯材料在产品中起到了一定程度的功效。具体来说,第一类:石墨烯在产品中起到核心材料的作用,使得传统产品的性能得到了飞跃式的提升。第二类:石墨烯在产品中起到重要的作用,可以使得产品的性能得到大幅度的改善。相比之下,广义上的石墨烯产品所涵盖的范围更为广泛。一类是以石墨烯替代产品原有配方中的某个成分,其效果并不显著。另一类则是在传统产品中添加石墨烯,但并不产生功效。还有一类在产品中并不添加石墨烯,而是在包装和宣传上借用石墨烯概念。
由于石墨烯仍处于产业生命周期中的概念期,行业信息的不对称性导致我们很难对这几类产品进行区分。前两类狭义上的石墨烯产品可以真正满足市场需求,促进行业健康发展。而后几类则是借助石墨烯新兴技术的概念进行过度包装,并不能真正推动行业发展。因此,在众多的石墨烯技术中,寻找到真正市场需求的进行发展,才能推动石墨烯技术从实验室走向民众普通生活。过多的概念性产品炒作,将导致期望膨胀期产生大量的泡沫,透支行业的发展潜力。
分歧
业
内对石墨烯的看法存在分歧。不仅如此,国内外对石墨烯的看法颇为不同。分歧是否意味着机会?
单层与多层之争
“不同于其他材料,石墨烯的应用面十分宽泛,在能源、环境、电子信息、先进/复合材料等方面都能发挥重要作用。可以预见的是,石墨烯在后期的产业应用价值将更加‘保值‘增值。”自2008年起就一直从事和关注石墨烯的相关研究的北京理工大学教授曲良体告诉《经济》记者。
从国内石墨烯的形态来看,主要分为两类:粉体和薄膜。前者可添加在电池、金属、橡胶等材料中,改善材料的性能。薄膜的应用方向主要是电子领域,如前文提到的传感器以及手机柔性屏等。目前石墨烯柔性屏的主要问题是屏幕可达到柔性效果,但屏幕后面的线路、电池、芯片等器件无法做到柔性。整個柔性显示的制备和技术控制上还存在尚未解决的问题。“石墨烯在柔性领域的应用还处于技术储备和市场等待期。”东旭光电副总经理王忠辉告诉《经济》记者。
从全世界范围来看,中国是发展石墨烯最积极的国家。但是国内外的石墨烯在概念上差别很大。美国方面认为只有单层才能称为石墨烯,而国内认为十层以内都算石墨烯。国内的石墨烯粉体在美国人眼里不是石墨烯。目前美国国家标准与技术研究院在制定石墨烯标准主要做两项工作,一是制定石墨烯标准,二是制定石墨烯检测方法。
从学术上说,单层的石墨称为石墨烯。而企业生产出来的石墨烯主要以粉体或浆料的状态,常有团聚发生。之所以粉体也被称为石墨烯,是就它将来的应用而言。尽管它可能不是单层的,但只要能发挥出石墨烯的性能和功能,我们也认为石墨烯粉体就是有价值的。“单层与多层之争是学界和产业界的不同看法,我们没必要受困于这些说法,应更多地面向应用价值看待这个问题。”曲良体强调。
10年总投资预计10亿欧元的欧盟石墨烯旗舰计划,其石墨烯应用的主流方向与国内也并不相同。北京石墨烯研究院执行院长魏迪曾指出,欧盟石墨烯旗舰计划启动了17个新的石墨烯研究项目,他们关注的是石墨烯的超级汽车、物联网传感器、可穿戴设备和健康管理、数据通信、能源技术以及复合材料等前沿、未来的领域。
有行业人士分析,石墨烯在国内应用较早,大部分应用领域与传统产业转型升级相关,故而与国外应用布局有很大不同。
市场声音:缺乏高端领域战略布局
“市场需求的推动是石墨烯发展快的首要原因。”国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春认为,石墨烯的出现让传统产业看到了转型升级的希望。原来的产品加了石墨烯之后,可以提高性价比,企业也找到一个转型升级的抓手。同时,地方政府也在探寻产业转型升级的支撑点,二者不谋而合。
石墨烯走了一条与其他材料相反的路:民间资本和地方政府先推动,国家后跟进。这正体现了市场的推动力。据统计,2013年,石墨烯企业数仅10余家,到2018年,企业数达4000多家。
尽管,有行业人士质疑4000多家石墨烯企业的真实水平,但石墨烯可能是新材料领域中,唯一靠地方民间资本发展的产业。
不过从侧面也反映出,中国缺乏在高端领域的战略布局。“特别是在光电领域,石墨烯在这方面可以发挥出更好的效果,但是可能时间比较长,需要5年-8年,甚至10年以上。”李义春表示,现在石墨烯领域的投资以民间资本和地方支持为核心。中国的企业、民间资本比较急功近利,也没有实力进行长远的战略投资。在国外,对高端前沿和关键领域的布局,也是在政府的支持下进行的,如欧盟、韩国、新加坡等。
从国家层面的支持来看,石墨烯产业并没有感受到太明显的支持。王忠辉指出,地方政府反而在不同程度上给予企业一定的扶持,如用人、税收方面的优惠等。王忠辉希望,国家在扶持科研院校做基础研究的同时,也能够给产业化较好的企业一些财税扶持或政策支持。
目前对所谓的石墨烯“高端应用”说法不一。曲良体认为,每个国家研究的方向和领域有差别。国内的企业、研究院所和高校的研究团队,也有自己的关注点,这是很正常的现象。很多有价值的“突破性”应用,并不是靠计划得来的。石墨烯的应用也是如此。
“国家新材料产业发展专家咨询委员会对石墨烯非常重视。我们也提出了很多建议。今年将作为重点工作来抓。”不过,李义春还是希望国家有关部门,如工信部、发改委、科技部等,将石墨烯在关键领域的研发,纳入到他们的支持计划中。
记者从工业和信息化部获悉,2018年将进一步做好石墨烯发展的顶层设计,加快构建以企业为主体、产学研用紧密结合、产业上下游有效协同的石墨烯产业发展新体系。
国内外、学界与产业界对石墨烯及其应用存在一定分歧。目前国内很多省市都建设了石墨烯产业园,未来国内石墨烯行业到底该怎么做,非常值得研究。
动力
近
年来,投身到石墨烯研究的院士、高校人才逐年增多。
高端人才缺口大
据CGIA Research统计,10年间新增的石墨烯相关研究的47位两院院士,平均年龄为59.11岁。其中,有21位院士集中在北京地区,占总量的44.68%,江苏、辽宁、上海、安徽、四川、吉林、香港等地均有两位以上从事石墨烯相关研究的院士。
自从发现石墨烯的科学家获诺奖以后,很多人才开始研究石墨烯,并试图与自身研究的领域相结合。据统计,全国有上千个团队从事石墨烯相关研究。仅清华系就有近20个团队,他们分布在环境系、电子系、材料系、机械系等系别做石墨烯的应用探索。
目前,石墨烯行业大会80%的出席者是大学老师,这正是石墨烯行业的特点。“如果以后出席会议的产业界人士居多,说明产业成熟了。如果还是科研院所或大学的老师居多,这说明石墨烯行业还在萌芽期。”东旭光电副总经理王忠辉笑道。
石墨烯行业最大的问题是研发人才和产业化人才如何无缝嫁接。很多石墨烯企业是高校的老师带着学生创业,他们缺少商场实战经验。而真正的产业型选手,则在商场里摸爬滚打数年。他们的理念和着眼点的不同,会发生激烈的碰撞。
搞科研想拿出实打实的成果,关键在于科研人才能否聚焦、静下心来攻克科研难题。但目前来看,很多人搞科研的出发点是发表论文,对于石墨烯的产业化来说,进程还很遥远。
不过,北京理工大学教授曲良体认为,论文发表与产业化研发并不矛盾。尽管有些研究论文质量并不高,论文训练是培养研究型人才的一个重要环节。如果论文的选题与应用相关或能解决重大科学问题,那么它对石墨烯的产业化推进也将发挥巨大作用。
除了找资本,二维碳素总裁金虎认为石墨烯行业最难的是找人才。他的团队是从应届毕业生开始慢慢培养的。“经过这么多年的试错,他们已经成熟了。”对于金虎来说,企业培养人才更重要的是要建立一套系统的留人方案,否则就变成了“黄埔军校”。
目前石墨烯相关专业的研究生就业情况良好。不过,科研院所和高校培养的石墨烯相关人才仍有缺口。曲良体认为,一方面,石墨烯是一个新兴的行业,另一方面,人才的培养需要一定的周期。“目前大学里主要是硕士和博士研究生接受石墨烯相关领域方向的学习和研究训练。”
石墨烯产业发展,必须首先与传统行业融合发展,并同时在变革性技术引起的新兴产业提前布局。对此,宁波墨西科技有限公司总经理刘兆平向《经济》记者建议,建立健全石墨烯产业相关人才培养体系,加大对石墨烯产业科技创新人才、工程化开发人才的培养力度。完善收入分配和激励约束机制,在石墨烯产业领域推动技术入股、管理入股等试点工作,落实科研人员科研成果转化的股权、期权、奖励等收益分配政策。
总体来说,石墨烯的应用研究需要沉下心来,并坚持下去。一方面,科研人员保持不浮躁的心态,对有重要应用前景的成果,深入研究,继续做实;另一方面,政府和企业的投入也不应似昙花一现,需要有连续性和持续性。石墨烯行业的健康发展,需要有一个稳定的高素质研发群体,需要政府、企业、社会持续地关注和投入,并形成一个良好的氛围。
以投资眼光看待石墨烯
近两年来,无论是石墨烯原材料的生产还是下游的终端产品,产业的生态链雏形都已经形成。石墨烯从无到有,都离不开资本的支持。
国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春告诉《经济》记者,天使基金如力合资本、创投类的紫荆创投,以及以东旭光电为代表的产业并购基金等对石墨烯产业化起到不小的推动作用。
“自2010年国内开始涌现石墨烯制备领域的创业企业,一部分海外背景的专业人才团队率先拿到了投资并开始产业化之路,例如,江苏常州的第六元素、二维碳素等,创始团队均来自海外,他们研究石墨烯并有一定的成果,回国做产业化的创业。”深圳紫荆汇富投资管理公司董事总经理代淑香在接受《经济》记者采访时这样表示。
石墨烯产业的特殊性在于它不仅是技术密集型行业,也是资本密集型行业,在石墨烯的制备研发,尤其是应用研发,需要大量资金投入。
成功投资几家石墨烯企业,代淑香从投资的角度分析,投资机构在选择拟投资标的时会考虑几个方面:一是企业的技术是否是原创技术,是否具有技术壁垒,团队在技术研发创新上是否具有可持续性。二是企业所涉及的领域成长空间是否足够大,作为投资机构希望其产业空间基本在100亿规模以上。三是国内石墨烯新材料主要是在提升传统材料的性能,因此投资者会更关注使用石墨烯材料的性价比。四是企业团队或企业产品是否能够替代进口。五是其他的考虑因素,如投资价格、创业团队的能力等。
与创业者感受不同,代淑香认为,石墨烯产业其实从一开始并未过热,政府及社会资本还是相对谨慎进行投资。例如,2017年深圳市经信委牵头开始筹建石墨烯制造业中心,中心由政府、科研机构、行业企业、投资机构、行业协会等组成,大家从不同的角度给中心的建设提供建设性意见,经过多方论证后才完成组建并扩展。
产业基金:有钱无处投?
“与去年相比,石墨烯产业的总体进展并不大。”王忠辉坦言。
从产业界来看,值得产业基金投资的标的并不多。“产业基金对产业嗅觉更加敏锐,对投资条件要求更加苛刻。我们的判断标准是是否真正具备产业化条件和前景。比如,技术稳定性、成熟度、成本可控性等。而那些实验室的成果,尤其是离使用期很遥远的项目,我们是不会光顾的。”王忠辉说。
从曲良体教授接触的企业和产业基金来看,它们往往会有些急于求成。这也可以理解,因为他们都希望取得科研成果后,能迅速见到经济效益。然而,好的科研成果从实验室到产业化,再惠及大众,前期投入和持续的研发至少要3年到5年时间。“初级产品变成大众可接受的产品还需要中试研发,并克服规模化制备、量产、质量认证等方面的问题。”曲良体教授与企业合作的研究成果也已经进入产业化阶段,正在进行市场推广。
尽管石墨烯领域的投资越来越趋于理性,但是李义春希望,地方政府要以发展石墨烯产业为目的,而不是像一些地产商以拿地为目标、炒作石墨烯概念。“我们希望地方政府和社会各界能对石墨烯产业有一个清晰的认识,并真正地把产业做起来。”
未来石墨烯的产业想象
目前全球对石墨烯的深入研究迈过10年大关,在电子信息、新能源、航空航天和柔性电子等领域展现了巨大的发展潜力,有望催生一个新兴的千亿级产业。
2017年春晚过后,一款高科技防寒装备——石墨烯新材料保暖衣在网络上迅速蹿红,通过服饰夹层加入石墨烯导热膜,利用便携式的充电宝供电,实现加热的功能。不过石墨烯导热膜会比布料硬很多,消费者穿戴时异物感会比较强,影响产品的体验效果。对于这个问题,石墨烯的原材料厂商会从原材料入手寻求解决方案。例如,二维碳素就采用了更加柔软支撑材料代替传统的高分子薄膜,来提升体验感。相比之下,一些下游厂商会依托多年来对于产品本身的深刻理解,来想办法将石墨烯融入到它们的自有产品当中。
通过以上例子,深圳华控赛格科技有限公司技术总監于灏解释,现在石墨烯产业虽然存在瓶颈,但同质化竞争正在孕育出一些这类特色化的创新,百家争鸣可能是我们正在迎来的一个市场环境阶段,挑战孕育着机遇。
北京吉泰亿阳科技有限公司董事钟成表示,随着石墨烯材料成本的降低,目前物理法制备石墨烯,若对品质要求不太高,市场价大约在1000元/kg的水平,已经远远低于3年前300元/g的天价。
“近5年来,石墨烯产业发展经历了启动、追捧、冷却阶段,目前应该说已经逐步进入理智成长的阶段。石墨烯是一种全新的纳米材料,但它不能直接变成产品。只有全面深入地了解它,才能把它用在最适合的地方。”钟成如是说。
由于石墨烯目前主要作为添加剂使用,电池、涂料、导电油墨等领域的价格可以被市场接受。石墨烯产业的规模化生产也早已经具备了生产能力,年产能有上千吨的能力。之所以目前还未形成真正的大规模生产,主要还是由于应用技术的滞后。钟成解释道:“换句话说,现在还没有优质的行业参与者出现。待若干有核心技术、主打产品和研发能力的高技术企业涌现时,行业才会健康可持续发展。”
于灏认为,石墨烯产业化应用正在步入到一个新的阶段,探索新的可渗透应用领域和已应用领域的差异化创新,如石墨烯电动口罩,添加运动检测模块、呼吸检测模块,从智能硬件的角度来尝试寻找产品的突破点。在这个阶段,风口、周期、时局可能是要被考虑的重要因素,因为决定产品成败的核心要素不仅仅是产品品质本身,外部的大环境同样变得越发重要起来。
“中国的石墨烯新材料产业是与全球同步的,石墨烯在工业制造、国防军工、医疗健康等领域的应用极其广阔,而应用产业还处于发展初期,需要得到更多的政策的支持、人才的加入以及资本的投入。”代淑香表示,若要加速石墨烯的产业化和应用进程,科研机构应从下游需求和应用去着手,才能更具针对性地进行研发。只有得到下游应用需求的支撑,石墨烯产业才能真正的具有生命力和可持续性。
工业和信息化部:坚持创新驱动,培育壮大石墨烯产业
自2015年工业和信息化部、发展改革委、科技部联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》(工信部联原〔2015〕435号,以下简称《若干意见》)以后,我国石墨烯产业发展明显提速迅速。
工业和信息化部原材料工业司建材处相关负责人告诉《经济》记者,2018年,将进一步加强同有关部门的统筹协调,做好石墨烯发展的顶层设计,重点是按照《若干意见》要求,加快构建以企业为主体、产学研用紧密结合、产业上下游有效协同的石墨烯产业发展新体系,为经济社会发展和国防建设提供有力支撑,同时防止各地“一哄而上”、低水平雷同发展,引导我国石墨烯产业健康发展,继续保持“并跑”和“领跑”态势。
具体来讲,一是瞄准石墨烯制备和应用技术、可预见的产业发展制高点,持续推进石墨烯材料标准化系列化低成本化,围绕产业转型升级、武器装备发展、民生福祉改善需求,推进石墨烯应用范畴拓展。二是针对当前石墨烯生产存在的清洁生产和智能制造短板,推进产业绿色循环低碳发展,提高产业生态化、智能化水平。支持举办石墨烯创新发展成果展,汇聚行业力量,跟踪最新动态,促进经验交流和分享,避免低水平重复建设,提升产业影响力。三是引导地方工信主管部门,综合考虑石墨烯产业发展基础、研发资源、配套能力和市场条件,立足石墨烯产业发展优势和基础,结合创建“中国制造2025”国家级示范区,培育打造石墨烯产业高地。四是推进国家石墨烯制造业创新中心建设,依托省级石墨烯创新中心,運用市场机制遴选建设国家石墨烯创新中心,搭建创新平台,加强对北京、浙江、江苏及深圳等重点地区的指导,整合资源,优势互补,协同创新,引导石墨烯由前沿材料加速向先导产业跨越。五是加强与民政部门的沟通协调,积极指导筹建石墨烯行业协会,引导企业自律,提高行业公共服务水平,引领石墨烯产业健康发展。