扒一扒那些高大上的宣传,评《中国石墨烯制造已领先世界 为何还要和英国合作》一文

扒一扒那些高大上的宣传,评《中国石墨烯制造已领先世界 为何还要和英国合作》一文

原文链接:中国石墨烯制造已领先世界 为何还要和英国合作



随着CORE访问石墨烯研究所,石墨烯相关概念和新闻在近来又一次受到了关注。这篇文章看来与华为关系密切,几乎可以认为是华为自己的人为了宣传自己,树立形象写出的广告文。但是其中概念真真假假几何,石墨烯这个东西倒底如何,广大老百姓应该如何看待这个东西呢?我对此有些兴趣,因此想借此机会,扒一扒这篇文章。

首先声明,我半导体方面知识比较欠缺,因此对于半导体通信方面的情况无法过多评价,非常想呼唤半导体方面对此感兴趣的朋友为此文撰写姊妹篇。

分析评论开始,事先声明,本文充满了作者的主观认识与评价,欢迎各位前来讨论拍砖。

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华为也将和英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究所签署石墨烯研究项目。虽然英国科学家最早成功制备石墨烯,曼切斯特大学可说是石墨烯的故乡,但中国石墨烯制造已处于世界领先地位,那为何华为还要去和英国人合作呢?

曼大是石墨烯故乡无误,中国石墨烯制造处于世界领先这方面则有点吹牛皮了。实际上,如同许多业内人士指出,目前产量最大的石墨烯种类-还原氧化石墨烯严格意义上来说都算不上石墨烯,而以CVD/外延生长等法制备的石墨烯的更“纯”,更符合石墨烯的严格定义,而在这一类技术上,恐怕谁也不能忽略过日韩两国。



换句话说,在真正高端石墨烯制造产业上,日韩两国在CVD法制备石墨烯大尺寸薄膜、器件上,领先优势一直是很大的;而中国企业,恐怕很多只是空有一个产能而已(关键是你造出一堆石墨烯来卖给谁用),在石墨烯真正的高端范围内应用、制备器件(薄膜、显示屏、半导体)等方面成果有限。

其实有心人稍加注意就可以看出,日韩两国在过去几年制备大面积石墨烯薄膜,石墨烯晶体管方面有经常会有报道,反倒是在国内热炒的石墨烯电池方面,日韩很低调,低调到几乎没什么动静。要知道,三星、LG、索尼等企业都涉及了石墨烯相关的研发,它们在相关领域的实力不可谓不雄厚。韩国动力电池对于中国企业的冲击趋势,业内人士都很清楚,连我这个多年的韩国黑,都必须要不情愿的承认,韩国的电池很厉害。

所以借此机会,可以看看这几家企业对于石墨烯倒底是个什么态度?

就以三星为例吧。笔者曾经简单调研过三星的石墨烯专利分布情况,三星在石墨烯研发方面投入了数亿美元,专利拥有量居世界第一位,与许多学校(比如成均馆大学)和研究机构均有密切的合作关系,研发实力极强。与其它大多数企业专注于石墨烯在某一方面的应用不同,三星致力于石墨烯在所有领域应用的专利布局,尤其是在CVD法制备石墨烯,石墨烯柔性屏等方面都有很强的研发和一定的生产能力。



根据笔者在美国专利局网站上截止到2015年5月的初步检索结果,三星相关的石墨烯专利共有193件,经初步分析发现(此部分结果仅是个人的分析,不代表任何官方以及三星的立场):大部分集中在制备技术(39件),晶体管(20件),触摸器件、显示屏等方面。而锂离子电池、锂空气电池、超级电容累加起来也只有11+2+1=14,占总量(193)的7%左右。经过进一步分析发现,在这14项专利中,近一半专利里石墨烯都只是在文中出现了1-3次,并不是技术的主要内容,而其它真正使用石墨烯的专利里大多也只是制备了石墨烯与正负极材料的复合电极,并没有特别的技术特点以及明显专利布局目的。可见相比于电池储能领域,三星更侧重于关注石墨烯的CVD制备方法,以及其在显示器,柔性、可穿戴器件上的应用。



“因此,华为与英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究所即将签署的石墨烯研究项目在上述背景下就颇具深意了。对中国而言,该项目既可以学习吸收国外优秀智力成果,缩小和西方的技术差距,又能避免过剩的美元在不断贬值中造成财富缩水。对英国而言,该项目能吸引中国投资,是助推英国“北方经济引擎”计划的一部分,成为英国实现振兴北方地区必然选择,也将帮助英国经济走出当下低迷状态。”

其实一点也不难理解,华为与英国的合作,所图是多方面的,有两国政治上的考虑,有振兴经济的要求,有专业升级的希望,有开拓市场的考虑,有技术研发的想法。当然了,以上每一点都少不了的:天下熙熙,皆为利来,天下攘攘,皆为利往,中英两国合作,各取所需,如此而已。英国现在实体工业跟废了差不多,真正的干货的技术剩的也没几个,可能劳斯莱斯发动机之类的好东西又不想给,所以弄个石墨烯给中国也算是面子上好看。中国这边呢,反正需要和英国合作,开拓市场,加深合作关系,搞个石墨烯合作研究也挺好,再说和华为本身的业务也有很大的关联,所以总得来说还可以吧。

“石墨烯为什么这么重要?

  石墨烯是由碳原子组成的单层石墨 ——最早的石墨烯就是用胶带一层一层地把石墨变薄而获得的,是只有一个碳原子厚度的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。具有非常好的导热性、电导性、透光性,而且具有高强度、超轻薄、超大比表面积等特性,广泛应用于锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等方面。………………前端设计水平相当的情况下,使用石墨烯制造的芯片要比使用硅基材料的芯片性能强几十倍,随着技术发展,进一步挖掘潜力,性能可能会是传统硅基芯片的上百倍!同时还拥有更低的功耗。”

这一段说的还说的过去,至少没有再说什么“石墨烯是最坚硬的物质”这种一看就缺乏科学常识的丢人话。当然了“广泛用于锂离子电池电极材料”是不靠谱的,实际上它用做导电剂希望还略大那么一点点,当然了,只是大一点点而已,一样希望渺茫。而对于太阳能电池电极,貌似说未来能用更好一些,因为现在人家用的还不太多。实际上,石墨烯更多的都是未来有希望使用,但是现阶段真正投入实用的还没几个。我不是在质疑石墨烯材料的前景,我只是想说,对现状的描述准确一点,会少误导人一些

“石墨烯在通信领域的应用

  也许有人要说,华为是做通信的,又不是卖CPU的,芯片性能强关通信什么事啊?

  其实,通信产品里有大量芯片,基站设备的DSP,路由器、调制解调器、交换机、手机等产品都需要芯片,而性能更强的芯片也就意味着更强的数据处理能力,意味着更快的通讯速度。……………………”

本段都是通信芯片什么的,我就无能为力了。不过从三星索尼等企业对于石墨烯半导体器件的研发布局投入来说,这个方向应该没有大问题。此段的槽点就是真有,也在我专业能力范围之外了。

“石墨烯材料对手机意义重大

  对于华为这几年的另一项拳头产品——手机来说,石墨烯更能带来翻天覆地的变化:

  手机中有大量的芯片,比如音频芯片、视频芯片、电源管理芯片、能够获得更好拍照效果的ISP芯片、WIFI芯片、CPU、GPU、基带(某些厂商可能会将这些芯片集成为SOC)等等,如果这些芯片都使用石墨烯材料制造,那么手机芯片的性能将会大幅提升,同时功耗将大幅下降。

  一直以来,智能手机的续航能力饱受诟病。如果将石墨烯用于电池的两极,续航能力会是普通电池的十多倍,智能手机一天一充将成为历史,充电宝也将被新技术所淘汰。如果用石墨烯制作电容装置,它的充放电速度是锂电池100倍——1000倍,几分钟就能完成智能手机充电。”

槽点来了,来了,来了。

芯片这事,留给半导体的同学,我不评价。

然后是续航能力这事,首先它说的如果把石墨烯用于电池两极(做活性材料还是导电剂)?怎么个用法?续航能力会是哪种普通电池的十多倍?松下3.7Ah220Wh/kg给Tesla用的那种的十多倍?具体能量密度是多少?

这么说吧,信口开河,满嘴胡扯,show me the data,or , shut up.

石墨烯用做电容呢?充放电是电池的百倍以上是没问题,可是能量密度也会十倍的下降。这一段就属于只报喜不报忧,和诈骗也没什么区别。

对于石墨烯做电池,在此推荐@土豆泥同学的文章,他在这里回答的比我更加专业细致,有兴趣的同学可以深入学习。

“石墨烯具有轻、薄、几乎完全透光、强度大、柔韧性好等特点,和现在的手机屏幕相比,不仅更薄、透光性更好,而且还具有更好的韧性,更不容易破损,甚至还能做成能够卷起的柔性屏幕。因此,石墨烯屏幕比现在用的屏幕拥有更好的用户体验。

  石墨烯仅吸收2.3%的光,并使所有光谱的光均匀地通过,具有非常好的透光性。因此它还是优质的感光元件的制造材料,使用石墨烯制造的感光元件,不仅更薄,还更便宜——如果量产,成本仅为传统感光元件的五分之一。据新加坡一个科研团队展示的科研成果,石墨烯感光元件的性能比传统传感器强1000倍——在昏暗的光线环境中, 这类传感器依然能够捕捉到较为清晰的物体影像。

  可以想象如果华为手机采用了石墨烯技术,那么,手机将发生一次革命,正如同智能机对功能机的革命。”

这段问题不大。石墨烯柔性屏幕,代替ITO的确是很有前途,很有意义,而且从经济上就比做电池划算不少。实际上三星等电子企业在此方面下的功夫很多,个人猜测在此方面领先中国不少。欢迎业内人士给出具体意见。

透光也是石墨烯的优良特性,做成光元件应该会有些前景。当然了,前提是你得真的是单层。像咱们国家那些动不动号称量产几十吨的企业,嗯,呵呵。

至于智能机对功能机的革命嘛……反正电池我是不信的,半导体方面我说不好,总之,我认为说成进步和改良会好一些。做人要谦虚嘛不是?而且华为的企业文化应该一直是比较务实低调的,对不对?另外对于之前的什么石墨烯手机……算了,我觉得一但开始吐槽就会收不住,就不评论了。

“中国石墨烯制造处于世界领先地位

  也许有人会说这么好的东西,那价格铁定死贵啊,我等老百姓何时才能用上啊……

  其实石墨烯一点也不贵,因为全球第一条和第二条真正实现规模化、低成本、高品质的石墨烯生产线就在中国!在2013年底,宁波墨西科技有限公司和重庆墨希科技有限公司先后建成年产300吨石墨烯生产线和年产100万平米的生产能力的石墨烯薄膜生产线,并将石墨烯的制造成本从每克5000元降至每克3元。

  今年年初,浙大教授高超成功研发了一种新型、廉价、无毒的铁系氧化剂,使石墨烯制备过程快、成本低、无污染,适用于工业化大规模制备。《自然—通讯》审稿人对该技术的评价是“该方法对石墨烯未来的进一步应用具有重要意义。”

嗯,贵不贵,这事,首先要看和谁比。

假设文章中说的是真的,每克3元,每公斤3千元,每吨300万……

我就告诉你:锂离子电池里用的石墨电极和导电炭黑都是每吨十万几万量级的东西,你这玩意是所谓的便宜,但是不要拿每克的价格胡弄人………………

然后是高老师的文章,嗯,首先,我就是念博士出来的,当年也在实验室跟实验论文斗争过,深刻理解科研人员的不易。不过,我觉得受了国家这么多年教育,对于科技工业发展的情况,敢于说真话,才是一个工科生真正应该有的情怀。

还是这么个切入点,高老师用铁系氧化剂,不用高锰酸钾,合成条件温合了,污染小了,但是呢,做出来的还是还原氧化石墨烯,与那些真正有优异性能的单层的结构完美的没挂氧的石墨烯还差的远呢……

不多评价了嗯。

“在石墨烯的应用上,中国研究人员也已拿出了有分量的成果。中科院重庆绿色智能技术研究院成功制备出国内首片15英寸的单层石墨烯显示屏,该项技术被应用于今年上市的一款名为“开拓者α”的手机,该手机在采用由中国科学院重庆绿色智能技术研究院和中国科学院宁波材料技术与工程研究所开发的石墨烯触摸屏、电池和导热膜等新材料后,手机触控屏幕不偏色不泛黄,色彩真实、纯净,通透性也比传统屏幕好,手机充电速率提高了40%,电池寿命延长了50%,电池的能量密度也增加10%。“

显示屏方面我是真觉得是个不错的方面,但是还想得到这方面更具体的信息。石墨烯的二维平面结构,非常利于导热,如果能做成良好的器件,发挥这一特性,当然是有前景的,这个我认为基本靠谱。

至于手机充电速率提高40%,电池寿命延长50%,能量密度增加10%……………………

这个嘛…………

不给我具体数据,都是在耍流氓。而且对于电池来说,这些数据不披露,就跟告诉别人我在蒙你一样。而且比较有趣的一点,他们也提到了能量密度提高的只有10%。

毕竟石墨烯几乎是提高不了能量密度的,理论上倒是能提高倍率但是实际上困难到极点。所以这个数据,应该说“给“的也算是经过考虑了。

“为何华为要去和英国人合作

  既然中国石墨烯制造处于世界领先地位,那为何华为要去和英国人合作呢?

  国内研究所和企业虽然也有电容、触控屏、涂料、导热材料、复合材料等产品,但更偏重石墨烯制造,是原材料生产厂商。

  要将石墨烯用于电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备,单凭能制造石墨烯显然是不行的。举例来说,要将石墨烯用于芯片制造,就必须在石墨烯—硅之间嵌入肖特基管。目前,还未听闻有国内企业在这方面有比较成熟的技术和产品。”

“目前,还未听闻国内企业在这方面有比较成熟的技术和产品。”所以其实这话说的挺实在的嘛。材料做出来的不少,能用的没几个才是问题,管你有没有价,无市是最要命的。

最后,

从科研成果转化来说,选择曼彻斯特大学进行合作也早有可借鉴的经验。已有超过35个来自世界各地的企业选择与曼彻斯特大学合作与石墨烯有关的项目,这不仅让曼彻斯特大学合作从合作伙伴手中获得4亿英镑科研经费,更将实验室的技术成果转化成商品。

  所以,华为选择与英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究所进行合作,既能利用此前在英国大量科研投入的基础和经验,又能在成果转化上具备国际视野,这项投资将让这家中国巨头站到世界石墨烯科研的最前沿。”

这么说吧,曼大这几年钱弄的很多,不过真正做出来的有效的器件产品,貌似不如三星索尼,当然了,个人见识浅显。哪位仁兄知道他们在工业化的具体进展的话,还请不吝赐教。

结语

其实多多合作,攀登科技制高点,总是好的,哪一个中国人不希望中国制造成为一流呢?不过石墨烯方面的牛吹的太多,泡沫也太多。适时刺破一些,让这个材料回归它的真实情况,踏实前进,我认为才是对一种材料,一种技术的真正尊重。有人这里可能会说诺奖材料就怎么样云云,你这普通研发人员能有人家的高度么?但是我想说:搞研发的人都知道,锂电元老Goodenough老爷子到现在都没拿上诺奖,这不是搞笑么?!诺奖很重要,但是也不能全部迷信。

扯远了,让技术上的宣传回归真实面目,让大众了解其真正的价值,让社会的财富与注意力向着更合适的方向配置,投给那些真正靠谱的技术以及技术真正适合的领域,恐怕才是最重要的。

另外,同样呼唤半导体界的朋友前来展开深度务实的讨论交流~

编辑于 2019-11-05

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