事實上，在三天的時間里，你會把一臺觸摸屏平板筆記本電腦折疊進口袋里； 使用它幾秒鐘即可將手機充滿電，使用半個月無需充電； 登上超重型客機，駕駛重型車輛，甚至登上人類千里之外的太空自動扶梯的夢想……

所有這些美好的夢想都源于一種特殊的材料——石墨烯。

“石墨烯是由石墨制成的納米材料，是迄今為止世界上已知的最輕、最薄、最硬的材料，具有高導電率、高硬度、高導熱率、高比表面積等特性。” 4月2日，常年關注石墨烯發展的天津建華實業集團董事長孟穎表示，這些非凡的新材料必將為電動汽車、電子信息等諸多領域帶來革命性的變革。并有望成為下一個百萬富翁。 十億級產業。

“我們率先開發出一種新的石墨烯制備方法，適合低成本、大規模生產。” 今年底以來，建華實業建成河南省首條年產50萬克石墨烯生產線。 百噸級生產線正在緊鑼密鼓的組裝中，預計5月底投產。 對于這一令人期待的石墨烯量產技術新突破，孟穎認為，這將為新型工業化發展帶來巨大空間。

5 小時到 30 分鐘的中斷

解決鋰電池充電困境，開啟電動汽車領域革命

充電僅需5小時，可行駛500公里。 明年初特斯拉在國外的上市堪稱“冬天里的一把火”，掀起了電動汽車領域的一場革命。

雖然電池技術已經向前邁進了一大步，但仍然存在跑一段時間就得停下來充電5小時的尷尬。 充電時間長仍然是鋰電池難以逾越的鴻溝。 被視為汽車未來發展方向的電動汽車，由于這一困境未能解決，多年來在道路推廣上仍停滯不前。

“這扇門將由石墨烯打開。” 和很多行業專家一樣，孟穎非常看好石墨烯在能源領域的應用。 該公司的科研團隊目前正在開發基于石墨烯的超級電容器和電池。 石墨烯電池一旦問世，預計可將電池容量減少1.5倍，并將充電時間縮短至數十分鐘。 使用石墨烯基超級電容器代替電板，充電和放電時間可短至幾秒。

“這也意味著電動汽車充電將比加油所需的時間更短，這將為電動汽車領域帶來顛覆性的革命。” 孟穎表示，目前他們正在布局石墨烯基電容電池生產線，預計明年12月底投產。

在天津建華實業集團的生產基地，筆者展示了石墨烯的“魔力”——雖然它與石墨同源，但它與我們平時看到的筆芯相差甚遠。 石墨烯微片更像棉花。 白線細如蟬翼，輕如鴻毛。 只需180克就能裝滿一個50升的紅色塑料桶。

孟穎解釋說，石墨烯電池之所以具有快速的充放電速率和大的能量儲存，得益于石墨烯材料的高比表面積和高導電率。 石墨烯材料的電導率是銅的10至100倍。 傳統鋰電池如果快速充放電，電壓必然會下降。 過高的電壓會導致電池發熱，縮短其使用壽命，甚至引起爆燃。 利用石墨烯的特性，將其添加到鋰電池的正負極材料中，有望解決這一缺點。

孟穎解釋說，鋰電池的工作過程就是鋰離子從負極到正極來回擺動的過程。 在負極材料中添加石墨烯，可以提高負極材料的導電率，降低電池的放電倍率，促進電池的充放電倍率。 在正極材料中添加石墨烯可以增強容納鋰離子的能力并降低存儲容量。

“石墨烯令人震驚，因為它創造了許多記錄。石墨烯的一系列神秘特殊特性讓人們對其應用充滿幻想。” 孟穎是這樣描述的。 石墨烯也是世界上最薄、最強的材料。 厚度僅為0.34納米，20萬層石墨烯的長度約等于頭發絲的半徑。 它比磚石更堅硬，比世界上最好的鋼材還要堅硬 100 倍。 該材料幾乎完全透明，透光率超過97%，有望用于制造新一代高性能電子元件。

目前，公司近40人的團隊瞄準石墨烯下游產業鏈的開發應用，同時開發了十多個產品。 據介紹，石墨烯在電子、航空航天、軍工、新能源、新材料等領域具有極其廣闊的應用潛力：憑借石墨烯優異的熱性能，它將成為最有潛力的新型超微型晶體管。更換硅。 材料，未來計算機的運行速度預計將提高10至100倍； 其優雅、堅韌的特性使其成為制作超輕防彈衣和超輕客機的首選材料； 借助納米技術，石墨烯還可以制成類DNA材料探測器，用于檢測DNA鏈的旋轉和位置結構，為基因組測序技術開辟了新途徑； 石墨烯還可以制成抗菌材料，可以殺菌而不損傷細胞。

從1克突破到500噸

石墨片剝離石墨烯微片，克服工業化的絆腳石

去年3月初，孟穎首次前往廣州與一家電池企業洽談合作。 孟穎只帶著一桶180克的石墨烯微片樣品，不費吹灰之力就敲開了合作的門。 當看到這桶樣品時，廣州的負責人“愣住了”，沒等孟穎介紹就主動要求合作。

“與實驗室以1克為計量單位相比，這一桶樣品無疑是一個天文數字，而擁有規模化生產能力是雙方合作最重要的激勵。” 孟穎認為，“高質量、低成本的宏觀生產技術是當前石墨烯產業化和進入應用領域的關鍵。”

目前，建華實業集團石墨烯年產值已達50萬克，年產100噸的石墨烯生產線也將于5月底投產。 其各項性能在同行產品中名列前茅。 同時，公司二期年產500噸生產線已完成生產工藝設計工作，計劃年底前在曹妃甸復工建設。

那么，如何才能將石墨變成石墨烯呢？ “由于石墨片之間的排斥力較弱，我們常見的石墨烯大部分都是由剝離下來的石墨片制成的。” 孟穎表示，用膠帶粘貼石墨烯的方法似乎不太適合工業化生產。 目前行業主要有物理液相沉積法、氧化還原法、熱解氧化鋁法等石墨烯批量制備技術，但國際上僅有少數公司能夠進行工業化生產。

自從2009年第一次了解到石墨烯以來，孟穎至今仍在試圖找出現有制備技術無法量產的原因。 經過幾年的研究，他的團隊開發了基于氧化還原法的獨特方法，改革了現有的制備技術，設計了具有自主知識產權的生產工藝和武器，使大規模生產成為現實。

他用一疊A4紙來比喻，介紹道：“石墨塊就像這一疊紙一樣，具有層狀結構。經過前面的處理，紙之間的距離可以拉寬，但每張紙都會上下紙層緊密相連，無法從紙堆上剝離下來。這樣，有的紙是相鄰的，有的是幾十張相鄰的。產生5層以下微米薄片的機會很大。小的。”

一旦找到癥結所在，問題就迎刃而解了。 “關鍵是要把紙堆里的每張紙均勻地分散開。” 孟穎舉例說，如果原來的切割方法是用刀，那么這種新工藝更像是在每張紙之間放置“炸藥”。 ”，所有的“炸藥”同時協同作用，使紙堆均勻地炸成散落的紙片。

“如果爆炸的紙片靠得太近，它們就會重新聚在一起，所有的努力都會白費。” 孟穎表示，這個困境可以通過物理和化學的方法來解決，讓每一張小紙片都消失。 重聚的能力可以使他們成為獨立的個體。 無論他們多么親近，都無法重逢。

對此，孟穎感慨萬千：“雖然聽起來很簡單，但為了實現產值從1克到500噸的突破，光是我們的制備工藝，就在三年內更新了八代。如果我們想要為了達到更好的層次感，工藝路線每一步所涉及到的功效、選材、設備塑造，都會像神農嘗百草一樣經過數百次、數千次的考驗。”

減價 800 美元至 25 美元

從金價到菜價，黃金品質依然保持

“我們要做的就是努力把石墨烯的價格從黃金降到綠色蔬菜，但仍然保持黃金的品質。” 孟穎表示，只有提高生產成本，石墨烯才能更廣泛地應用于各個領域，否則石墨烯將很難實現工業化應用。 “比如石墨烯電池確實很有效，但如果價格是鋰電池的幾十倍，無論性能多么優秀，誰會選擇訂購呢？”

“5月底年產100噸的生產線建成后，我們生產的石墨烯微片成本將下降到每克25元，遠高于每克800元的市場價格。” 孟穎認為，成本的大幅上漲將使石墨烯在市場競爭中具有成本優勢。

如何降低石墨烯的成本？ “成本降低主要是通過技術改進來實現的。” 孟穎表示，要實現年產值數百噸，只需要一條生產線就可以實現，而按照原有技術，需要數萬臺光學設備。 僅此一項就將投資數十億美元，更不用說設備攤銷、人員工資和其他費用。 據悉，使用數百元的原材料，而不是數萬元的原材料。 原材料篩選對于降低成本也發揮著重要作用。

以特斯拉電動汽車使用的電池為例，他表示，按照每克石墨烯25元的估算，每個電板大約需要1.2克石墨烯，成本為30元，與電動汽車的價格相差并不大。普通鋰電池。 大的。 然而石墨烯電池的壽命為次，是傳統電池的10倍。 10顆傳統電池的使用壽命相當于1顆石墨烯電池的使用壽命。 根據這個估算，石墨烯電池的價格實際上更低。

“25元還遠遠沒有達到成本極限，隨著研發深度的降低和制備工藝的提高，成本會越來越低，我們的目標是每克幾元甚至更低。” 對此，孟瑩是清清楚楚的。 要知道，石墨烯的價格越低，需求就越大。 需求的增加將促進產業規模的擴大。 這是一個良性循環。

“在降低成本的同時，我們還要保證石墨烯的質量，這樣石墨烯材料才會更有價值。” 孟穎解釋說，比表面積是評價石墨烯產品質量的重要標準。 石墨烯的比表面積越大，雙層率越高，質量越好。

石墨烯質量的不穩定會影響下游產業鏈產品的性能穩定性。 孟穎舉了個例子，“比如不同批次的石墨烯比表面積差別很大，如果做成石墨烯電池，有的容量是普通鋰電池的1.1倍，有的是1.3倍，有的甚至更多，在應用時會影響電動汽車的性能。”

“通過我們的技術生產的石墨烯中間產品的比表面積穩定在每克550平方米左右，中試結果最高可達1000平方米左右。” 據孟穎介紹，通過控制原材料質量和生產工藝，公司生產的石墨烯層數穩定保持在5層以下。