2018年3月5日，世界頂級學術期刊，英國《自然》雜志(Nature)背靠背發表了兩篇來自中科院天才少年曹原的石墨烯重磅論文。而在同年12月該雜志發表的年度影響全球的十大科學人物排行榜中，這位年僅22歲的少年更是力壓各界泰斗，位列榜首。
而原因是他在美國麻省理工學院攻讀博士期間，發現當兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度，就會產生神奇的超導效應。
曹原，圖片來源：自然雜志
這個發現對科學界有多重要呢?
眾所周知，現代文明的基礎是建立在電力能源的供應上，沒有電力，整個人類社會脆弱得宛如嬰兒。
但自19世紀電力技術發明以來始終有一個世紀難題困擾著物理學界：即電力在傳輸過程中所產生的大量損耗。這不僅加劇了人類對化石能源的消耗，也對生態環境尤其是空氣質量產生了巨大威脅。要知道，火電仍然是當前世界主流發電方式!
而即使是全域一張網的中國特高壓輸電技術，也只是把損耗降至最低，但并不能從根本上解決問題。
近百年來，無數物理學材料學家前赴后繼的投身破局，但結果收效甚微，只給后人指明了“超導”這一條道路——1911年，荷蘭物理學家昂內斯發現，當汞被冷卻至-273℃時(人造最低溫度，絕對零度)，可以實現電子的無阻通行，從而把能源損耗降到最零，這個零電阻狀態被稱之為超導電性，這是人類第一次發現超導體的存在。
1913年諾貝爾獎獲得者，海克·卡莫林·昂內斯
不過，在后來的試驗中人們發現，讓材料冷卻至絕對零度的成本，遠遠高于電力損耗的成本，沒有任何經濟效益(決定技術大規模運用的頭號標準就是取決于是否有經濟價值)。隨后，全世界的科學家用盡一切辦法去尋找低成本的超導材料，并在1980年將目光鎖定至銅氧化物。
但銅氧化物結構難以調整，在其達到-140℃時無法進一步降溫，也就無法實現在絕對零度下的超導機制，這讓全世界的物理學界倍感沮喪。
對于當時的物理學界而言，這剩下的133℃猶如三體中的智子，鎖死了人類叩開超導材料的大門，就算他們窮盡畢生之力，也無法解開銅氧化物如何冷卻到絕對零度的秘密。此后三十年，物理學家們一直徘徊在對銅氧化物超導研究的黑暗中，因此在1980年~2010年之間又被稱之為“電力物理學界的黑暗年代”。
物理學家們已經在黑暗(超導研究)中，徘徊了30年，試圖解開銅氧化物超導的秘密
——1998年諾貝爾獎得主，美國物理學界羅伯特.B.勞克林
而曹原關于石墨烯超導性能的發現，有望在數年內成為這跨越107年世紀難題的最終解決方案。就連不少頂級物理學家都承認：如果曹原的發現能夠進入產業化階段，那人類材料學乃至整個工業將開啟一個全新的紀元。
趁著這股東風，石墨烯的熱度再次被炒起，國內各種打著石墨烯概念的產品層出不窮，一時之間，仿佛給人一種中國石墨烯技術已大規模運用的錯覺。
但鮮為人知的是，在這場業界狂歡之下，一場盛世危機正悄然向我們走來...
自然雜志封面暗示曹原發現的石墨烯“魔角”
科技日報3月8日訊：
兩會期間，針對我國在石墨烯上游原材料石墨資源產業上的種種問題，中車株機董事長周清和在采訪中表示：
一方面，我國石墨低端產品產能過剩、市場供大于求，大量珍貴資源輕易低價流失海外;另一方面，高技術含量、高附加值的產品尚不能自主研制，需以出口產品數倍甚至數十倍的價格進口回來，這一場景不禁讓人想起“稀土之痛”。
一句“稀土之痛”的形容，足以見國內石墨產業的嚴重弊端性!
所謂石墨，通常產于變質巖中，是煤或碳質巖石受到區域變質作用或巖漿侵入作用所形成的礦物。因其化學性質不活潑，具有超強的耐腐蝕性，所以被廣泛運用于各個工業領域，是一項非常重要的戰略級資源。
究竟有多廣泛呢?
在擬人化的工業資源概念中，石油被稱為工業的血液，鐵礦石被稱為工業的骨骼，天然氣被稱為工業的氧氣，而石墨則被稱為工業的蛋白質！
從低端到中端再到高端，從傳統工業到新興工業，幾乎所有的產業梯度和工業門類里都有石墨的影子。
比如隱晶質石墨和晶質石墨粉，可用于消防員戰斗服的耐火材料、鉛筆;石墨乳、硅化石墨、可膨脹石墨，可用于汽車潤滑劑、摩擦原件;高純石墨、球形石墨可用于鋰電池電池負極、航空航天裝備及生物醫療器材的密封材料等。
從以上廣泛的應用不難看出，石墨對現代工業文明的重要性，絲毫不亞于稀土、鐵礦石等礦物質，而2004年的一次重大發現，更是把它推向了人類工業未來的希望之巔!
早前，理論材料學界就認為，石墨因為層間作用力較弱，易于層層剝離，如果把石墨片剝離到最后一個的單層，就能得到一個只有原子層厚度(0.335納米左右)的蜂窩狀平面膜，加之石墨的化學特性，我們將得到一種人類有史以來最薄、最硬的材料。
這就是石墨烯!
即便把20萬張石墨烯薄膜堆疊到一起，它的厚度也只有一根頭發絲。
2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈.海姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫，證明了這一理論的可行性，他們通過實驗成功從石墨中分離出只有碳原子厚度的石墨烯，由此獲得了2010年度的諾貝爾物理學獎。
石墨烯的出現對物理材料學界的意義無疑是革命性，基于材料應用對工業的重要性，不少人認為它將推動工業文明發生顛覆性的改變。
正如材料界對它的評價：
如果說20世紀是硅的世紀，那么，21世紀就是石墨烯的世紀。
——硅的發現，使人類從傳統機械時代走向了ICT信息時代，其在短短五十年間所創造出的財富遠超前兩次工業革命加上整個農耕時代的總和!
安德烈.海姆
安德烈.海姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫分離出石墨烯后，材料學界便明確了主攻方向，并發現了其超前力量賦予的更廣泛用途。
比如科學家發現石墨烯的強度是鋼的100倍，是目前已經強度最高的材料。用它制成厚度越100納米的薄膜，它隨能承受的極限壓力超過2噸，可用于宇宙級航天探索。
再比如石墨烯具有超強的傳導性，用3克石墨烯堆疊的材料，表面積相當于一個標準的足球場。用它制成電極材料上，大比例的蜂窩結構可以使電解液離子快速移動至石墨烯表面，再加上大面積的電荷存儲，能夠制造出容量超大的鋰電池和電容器。
目前，在核能小型化和安全性沒能解決，而快充只是治標的情況下，石墨烯將是新能源行業唯一的治本希望。
電動汽車和智能手機的超強續航，未來都要依賴石墨烯技術的發展!
再加上曹原在2018年發現的超導性能，石墨烯必將成為構建起未來產業的底層建筑。其應用范圍包括你我所熟知的一切新興產業，如電力能源、環保隔溫、電子科技、清潔能源、生物醫學、航空航天、國防軍事、芯片半導體、新能源汽車等等...
所以，分離石墨烯的上游原材料石墨，又被稱之為21世紀支撐高新技術發展的戰略資源。
有鑒于此，諸多科技強國在石墨烯被發現后，便迅速制定了相關發展計劃以及對石墨供應鏈產業的扶持政策。
2014年，華為CEO任正非曾在采訪中表示：未來10-20年內一定會爆發一場技術革命。這個時代將來最大的顛覆，是石墨烯時代顛覆硅時代，但是顛覆需要有繼承性發展，現在芯片有極限寬度，硅的極限是七納米，已經臨近邊界了，石墨已經是技術革命前沿邊。
2008年7月，美國DARPA(國防部高級計劃署)啟動碳電子射頻應用項目，總投資超過2200萬美元，用于開發實驗室內超高速和低能耗的石墨烯電晶體。
2013年，歐洲投資十億歐元啟動為期十年的石墨烯大型旗艦計劃，全球知名電信設備運營商諾基亞從FET(歐盟未來與新興組織處)獲得13.5億美元的研究經費支持，用于開發石墨烯材料。
同年，英國投資6100萬英鎊在曼徹斯特大學成立國家級研究院和工程創新中心，大力推動石墨烯商業化進程。
2014年，韓國產業通商部整合40余家科研機構和6家頭部企業，打造石墨烯聯盟，意在引進石墨烯技術強化韓國在全球半導體生產、智能手機等高端產業的龍頭地位。
2018年，美國政府將石墨列入戰略級礦物名單，由總統特朗普下令重建國內石墨資源供應鏈。
我們這邊，在石墨烯技術發展上，從2012年起到2020年，已經連續八年在重要產業、科學、材料發展和國家一級項目規劃文件中列入石墨烯。在石墨產業發展上，2016年，我國將用于傳統工業的晶質石墨明確為戰略級礦產，2019年列入工業強基工程一條龍應用計劃。
近年來，由于石墨烯技術的發展，全球石墨資源的需求量不斷上升。2012年，全球石墨探明儲量7680萬噸，產量為117萬噸，2019年增加至2.3億噸和167.65萬噸。
其中，中國作為石墨儲量第二豐富的大國，承擔了全球石墨產能的主力輸出國：2019年，中國石墨總儲量6300萬噸，占總比例33%。其中，產量為125萬噸，占總比例的74.6%，出口量為28.89萬噸，占總比例的52.7%
雖然我國石墨供應占據了世界三分之二的江山，但所面臨的處境比稀土還要糟糕，具體有三個方面：
一是開采無序浪費和污染嚴重
早前的石墨資源開采，主要以小私營企業較多，無序開采一方面加速了石墨資源外流和耗竭的速度，另一方面則對周圍生態環境造成了巨大的破壞。
2014年，石墨資源大省黑龍江的一份產業報告顯示：
我國目前約有近千家石墨企業，石墨資源濫采亂掘、采富棄貧、粗放經營、管理水平低的現象比較普遍，開采和加工呈現無序化狀態。如果按照目前的開采方式和速度，最多20年，國內已探明的石墨資源將消耗殆盡，屆時中國將從國外高價進口石墨，由石墨大國變成石墨貧國。
不過好在近些年國家的強力管制，這種情況已經有所好轉，但仍然存在缺乏系統性規劃和選礦率低的現象。
二是市場秩序混亂
早期國際市場對我國石墨資源需求旺盛，產能過大。進入平穩階段后，國外需求下降，我國石墨產品產能過剩，導致大量珍貴資源低價流入海外。
三是產業結構失衡
不同于稀土開采冶煉的全產業鏈優勢，在石墨資源領域，我國僅掌握開采和部分落后的提純及冶煉技術，這導致了中國在向世界低價供應石墨初級原材料產品時，也需要花大價錢從國外進口用于工業生產的專用級產品。
中國石墨資源儲量約占世界33%，是第二大石墨資源國
根據2015年地質局發布的《中國石墨資源調查報告顯示》，中國既是世界上第一大石墨出口國，也是世界上第一大石墨進口國。產量的三分之一用于出口，其中80%為低附加值產品。
以日本為例：當年，中國向日本出口低端晶質石墨產品10萬噸，均價大約為925美元/噸。在日本經過專業級產品加工后，其用于電池的球化石墨進口價為10135美元/噸，溢價高達10.9倍！而被加工成用于人工心臟的瓣膜后，進口價更是直奔2萬美元。
中國石墨行業協會輪值會長、內蒙古日新集團董事長張彬在2014年的采訪中曾指出：
中國石墨界如果再走低端路線，恐怕就連做苦勞力的資格都沒有了!
如果這些問題不能得到有效解決，一旦石墨烯技術進入大規模產業化階段，將對我國資源安全造成極大的戰略隱患，我們必須要和時間賽跑。
文章最后，戎評有話說
2016年9月23日，在山東青島舉行的年度中國國際石墨烯創新大會上，石墨烯發現者安德烈.海姆表示：
中國目前推出的石墨烯產品普遍呈低端化特征，沒有發揮好它的真正能量。
必須承認，雖然我國石墨烯產業化水平處于國際領先地位，但扎堆出現的石墨烯產品，多半集中于內衣、石墨烯枕頭、石墨烯輪胎等工業梯度中最底層的門類。針對這類低端化且只做輔助材料的現象，不少媒體將中國的石墨烯，稱之為工業味精。
而與之形成鮮明對比的是：美國IBM公司早在2014年就推出了世界首個多極石墨烯射頻接收器，傳輸速度是硅芯片的千倍，是當時最先進的石墨烯芯片！
須知，工業存在的最大現實意義，就是通過生產力技術的提高增加國民收入和維持國防安全。工業梯度不高，產業化水平再高又如何?就算你把紡織業全盤石墨烯化，對我國工業水平的進步意義也實在有限!
你能指望一件衣服能賣出芯片的價錢嗎？
你能指望一個枕頭能打敗戰機軍艦嗎？
所以，中國的石墨烯產業必須勇登高峰，向航空航天發展、向半導體發展，向一切關乎高端制造業的行業發展。
我們的石墨烯絕不能做工業味精，而是要做工業之魂，塑造一個全新的時代!
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