当人工智能芯片的算力提升遭遇散热瓶颈，当新能源电池的续航能力寻求突破，当脑接口技术需要更优生物相容性材料，全球产业界的目光正不约而同地投向同一种材料——石墨烯。日前，记者从多位专家处了解到，这种由碳原子组成的单层二维材料，经历多年产业化应用探索后，正以其卓越的电学、热学和力学性能，真正迎来黄金应用时代的曙光。
因需定制，产业化应用空间广阔
过去，石墨烯被认为是一种只存在于理论中的材料。科学家们普遍认为，室温下碳原子的强烈热振动会导致单层碳原子无法稳定存在，最终分解成微小的球状结构。然而，2004年，英国物理学家安德烈·盖姆和他的学生康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用一卷普通胶带成功从石墨中分离出单层碳原子的石墨烯。这一“撕”，不仅“撕”出了2010年诺贝尔物理学奖，更开启了二维材料的新大门。
石墨烯发现者之一康斯坦丁·诺沃肖洛夫表示：“石墨烯已应用于电池、电子产品、热管理等多个领域，并在碳捕集、氢能等方面实现突破。我认为，未来可能会有更多的诺贝尔奖出现在石墨烯领域。”
石墨烯并非单一材料，而是一个“材料家族”。正如浙江大学教授、杭州高烯科技创始人高超所言：“不同形态、分子结构、缺陷的石墨烯表现出来不同的性能，这为其产业化提供了广阔空间。”无论是通过化学气相沉积（CVD）生长的完美单晶，还是通过氧化还原法制备的功能化氧化石墨烯，抑或是机械剥离的粉末，每种形态都能在特定应用场景中找到用武之地。这种“因需定制”的特性，使得石墨烯能够根据不同产业需求进行适配，为其规模化产业化应用奠定了基础。
迈向务实，从“工业味精”向“维生素”转变
中国科学院院士刘忠范用“前途无量，任重道远”形容当今的石墨烯产业。他指出，作为新型的朝阳产业，石墨烯整体上依然处于发展的初级阶段。
中国石墨烯产业技术创新战略联盟理事长李义春将石墨烯产业发展划分为三个阶段：2013年至2015年为产业“投资热”时期；2015年至2018年为投资相对理性的调整期；2018年华为手机中采用石墨烯散热技术，产业进入了注重实际应用价值、解决国家重大需求的高质量发展阶段。他认为，石墨烯在产业链中的角色正从“工业味精”向“维生素”转变，其应用价值正不断深化。
这一演进过程在全球范围内同样得到印证。“石墨烯行业经历了从热情高涨到理性回归的过程，如今有实力的企业正快速推进行业发展和产业化进程。”康斯坦丁·诺沃肖洛夫指出，几年前石墨烯的应用还大多停留在电池复合材料、热管理等概念阶段，而现在，光电子应用、调制器、光电探测器等高科技产品正逐步走向市场，产业发展态势越来越健康。
在实际应用层面，石墨烯已实现从概念到务实的跨越。在新能源领域，其作为导电添加剂提升了锂电池性能，并实现规模化商用；在氢能领域，石墨烯气凝胶储氢罐的商业化应用成本显著降低；在电子化学品领域，石墨烯热界面材料为AI算力提升筑牢热管理屏障；在生物医疗领域，全球首例石墨烯脑机接口临床植入手术已成功实施。
协同创新，构建良性循环生态体系
产业的健康发展离不开良性生态的支撑。我国石墨烯产业已形成从国家战略到地方政策的完善支持体系。据全国工商联新能源商会助理秘书长、储能专委会秘书长汪洪昌介绍，随着石墨烯材料制备及应用技术的不断成熟，其在新能源领域已形成了技术突破、场景落地、规模扩张的良性循环。
然而，产业面临制备成本高、标准化程度低、下游应用拓展难等问题，破解难题的关键在于“协同创新”。
刘忠范认为，石墨烯产业的发展绝非单打独斗可以成功，迫切需要构建产学研用协同创新的生态体系，这要求科学家、工程师和企业家们“同乘一条船，共担一份责”，同时需要政府与市场协调配合，营造可靠的创新创业环境。
高超强调：“在石墨烯从实验室走向市场的过程中，产学研协同能够加速创新技术向产业转化。未来需要不断创新产学研机制，让科研人员不仅是研发主体，更能成为产业化的主体，推动更多全新应用场景落地。”
正泰集团研究院院长、正泰电气副总裁李乃湖补充道，高等院校注重知识驱动，企业更关注市场驱动，可以通过与高校、科研院所成立联合研发中心等形式，将一线市场需求与高校研发资源结合，共同推进技术创新以及产品创新。同时，创新成果也可以在企业内部进行孵化，助力产业化应用。
质量引领，布局未来产业新赛道
李义春预言，未来十年，石墨烯将进入黄金应用时代。他进一步阐释，随着硅基技术接近其物理极限，碳基材料特别是石墨烯等二维材料，有望成为引领下一代信息技术变革的关键。
欧盟《石墨烯路线图（2023版）》提出，到2030年全球石墨烯需求量预计最高可增加到每年17万吨，产量需求空间巨大。
记者了解到，未来十年石墨烯增长的核心赛道已然清晰。其一，在散热领域，随着AI算力需求爆发，芯片散热成为关键瓶颈，石墨烯散热技术已成为英伟达、华为等巨头的选择，未来十年将形成千亿级市场。其二，碳基芯片技术已初见雏形。2024年，中国和美国科研人员联合研制出世界上第一个由石墨烯材料制成的功能半导体，其载流子迁移率达到硅的10倍。其三，我国在石墨烯纤维等原创研发方面处于全球领先，该材料有望替代现有高端复合材料（如碳纤维）。
康斯坦丁·诺沃肖洛夫指出，未来十年石墨烯产业将重点聚焦可持续发展、医疗健康和通信三个方向。目前各种新兴电池技术不断发展，石墨烯可能在其中发挥重要作用。在通信尤其是量子通信方面，随着6G技术的发展，太赫兹频段备受关注，采用石墨烯材料的天线，能够在大赫兹系统中发挥不可替代的作用。此外，欧洲已投入大量资源深入研究石墨烯在医疗健康方面的应用。
“石墨烯产业发展需国际协同合作、优势互补。对于企业尤其是中小企业来说，只有具备相应的产业化以及生产制造能力，才能实现商业和市场的可持续发展。”欧盟石墨烯旗舰计划路线图制定者、意大利国家研究委员会委员弗朗切斯科·博纳克尔索表示。
汪洪昌认为，从高效储能电池到柔性光伏材料，从智能热管理到轻度催化载体，石墨烯与新能源的深度融合不仅是新兴产业焕新的关键抓手，更是抢占全球新能源科技竞争制高点的重要突破口。展望“十五五”，随着石墨烯在新能源各场景的规模化应用，我国石墨烯产业将加速从规模领先向质量引领转型。
