一个原子厚的二维材料可以在实验室获得,但在生产线上批量获得,即便有办法,其成本也增加很多。而且在生产中,获得的是单层和多层混合的产品,所以目前有很多机构和研究者,把几个原子层厚但低于5层的薄膜材料也称为二维材料。这一点存在争议,苏州第一元素纳米科技公司的董事长董明,在法国波尔多获得材料博士学位,美国佐治亚理工学院的博士后,长期从事纳米材料研究,在他看来,只要没有做到单层碳原子层,就不能称其为石墨烯,“单层和多层产品的化学结构都不对,那它的性质也就有很大差异,怎么能都叫石墨烯呢。不能因为做不出来产品,就修改产品概念,那单层和多层干脆就是两样东西。单层碳原子是以碳碳双键结合,多层就是石墨鳞片了。”
目前已经有大量的企业在产业化开始了尝试。重庆墨希科技有限公司,在2013年达到年产100万片石墨烯薄膜。中国最大的石墨烯粉体生产线在常州第六元素材料科技股份有限公司投产。2014年,常州二维碳素科技有限公司的石墨烯薄膜生产线,达到10亿平方米的产能。
姜达对目前石墨烯的产业化谨慎乐观,“在我看来,国内石墨烯领先的研究机构主要是清华和中科院,比如中科院宁波所、中科院金属所等。做得较好的企业基本都是和这几家科研机构有合作。如宁波墨西科技、常州的第六元素、二维碳素等。这都是热门公司,而且韩国、美国的大企业也在积极介入,但石墨烯的大规模生产不是一两年可以看到的,同样是碳族材料的碳纳米管,1990年代初就被发现了,但是到现在也没有像样的东西出来,已经慢慢被人遗忘了。乐观点讲,如果能解决材料质量和成本,石墨烯离成功是不太远。不过还是要保持清醒,石墨烯虽然在实验室能取得很好的结果,但现在下游产品开发不太顺利,在微电子方面的应用也没有成型的产品。如果下游材料没有开发好,只要换一个材料,最终的产品线就要随之改变很大。现在需要很多人去做下游产品的开拓。”
董明对石墨烯的产业化成果持批评态度,“有的公司宣称生产了几百吨,但我没有看到一家真正拿出达标的产品。”
目前在江浙有一大批民营企业进入石墨烯行业,据浙江大学教授、浙江纳米材料开发应用协会秘书长关君正介绍,“目前产业上较为主流的做法是CVD化学沉降法和氧化还原法,其他方法不如这两种。这两种方法最有前途。但现在有很大的难题,由CVD法获得的石墨烯不是一层原子,有好几层,目前很多企业和机构在集中攻关,如果这个问题不解决,石墨烯的质量很差;而石墨烯氧化还原法相对容易一点,但污染很大,而且层数也不可控,同时,做出来的产品会在当中出现缺口,像渔网一样有一些空格。”
姜达的同事,中微系统所的研究员丁古巧从事石墨烯的产业化已经近三年了,主要从事石墨烯粉体的产业化研究。目前丁古巧兼任上海新池能源科技有限公司的技术总监,在他看来,石墨烯产业的下游应用还是处于前期,只能做一些小应用,如生产羽毛球球拍之类的应用,市场很小。
“我们已经做了三年,2014年之前,我们只做原材料,后来正泰电器入股,现在我们自己做超级电容、电池的应用。然后和下游企业合作,我们现在已经开始做电子产品上的应用。”
丁古巧透露,新池能源由正泰电器、中微所以及丁古巧团队三方组建,“出资方对未来三年的投入比较明确。”