石墨烯让玻璃焕发新生机
■本报记者 刘秀枝 段丹晨 实习记者 王 祎
这一新成果将“改变一个行当”，这是人们对石墨烯玻璃的评价与期待。
2015年11月，北京大学纳米化学研究中心主任刘忠范宣布其带领的团队经过3年多的努力，成功实现了在玻璃表面直接生长石墨烯。这一成果不仅对石墨烯行业，而且将对玻璃行业的长远发展产生重大的影响。
为了更好地了解这一创新成果背后的故事，探寻石墨烯玻璃产业未来发展的方向，中国建材报记者日前采访了刘忠范，请他谈谈他眼中的石墨烯玻璃，以及石墨烯玻璃将产生的重大影响。
古老与现代的结合
纵观历史，每一种新材料的发现，都会对科学技术的发展和人们的日常生活方式带来重大变革。玻璃作为一种历史悠久的传统材料，已经成为生活中不可或缺的重要材料。由于其具有成本低廉、透光性良好和稳定性佳等特点，玻璃被广泛地应用于建筑、化工、电子、光学、医疗以及食品等诸多领域。然而玻璃本身的导电性和导热性较差，严重制约了其在更多领域的应用。
石墨烯是由碳原子组成的只有一层(或少层)原子厚度的二维晶体。2004年，英国科学家成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在。
如果说玻璃是一个耄耋老人，那么石墨烯就是一个初生的婴儿。2015年末，刘忠范教授的团队宣布利用化学气相沉积的方法，在玻璃表面成功实现石墨烯的直接生长。石墨烯在玻璃表面的直接生长，打破了之前石墨烯玻璃须用液相涂膜或转移法获得的瓶颈。如此，“一老一小”实现了不可思议的融合。
在刘忠范看来，石墨烯具有完美的性质。但由于石墨烯太薄，在一定程度上阻碍了石墨烯特性的发挥和实际应用。因而必须要找到一个载体，充分体现石墨烯的特性。
“我们一直在寻找石墨烯的最佳载体，以让其价值得以充分的发挥。玻璃作为一种被广泛应用的传统材料，可望成为石墨烯的最佳载体。将石墨烯薄膜直接生长在玻璃表面，让其搭乘玻璃载体，走向实用化，走进千家万户，自然是最好的选择。从另一个角度看，石墨烯在不改变玻璃形态的情况下，彻底改变了玻璃的特性，有望极大地拓展玻璃的应用空间，可以说一举两得。”刘忠范向中国建材报记者表示。
根据目前的研究情况来看，石墨烯玻璃兼具玻璃的透光性，以及石墨烯的导电、导热和表面疏水性等优点，未来不仅能应用于节能窗、智能窗、汽车玻璃等日常生活中，也可以运用到雨雾收集器、太阳能电池、光催化等高科技设备上，前景十分广阔。
古老与现代的结合，不仅让石墨烯“走下神坛”，或许也将使玻璃这一古老的材料焕发出新的生机。
石墨烯产业的“杀手锏”
曾经有人质疑石墨烯玻璃的未来应用，认为现有的玻璃产品已经完全能实现导电功能，比如具有良好导电性能的ITO玻璃。
在刘忠范看来，一种新材料的不断开拓与发展，必须要有其杀手锏。不是简单的取代谁，而是做别人做不了的事，找到无可替代的价值。
就像刘忠范对待石墨烯玻璃能否替代ITO玻璃问题的态度一样，他从未考虑过替代。“ITO有ITO独有的特性，是石墨烯玻璃难以达到的；而石墨烯玻璃也有令ITO玻璃望尘莫及之处，没有必要就其用途争一时之短长。”
刘忠范期待石墨烯玻璃找到属于它的“杀手锏”级的应用，有着非它不可的用途，如汽车的后窗玻璃用石墨烯代替电线、波音787的智能窗、手机的触摸屏以及细胞的培养皿等。
就像碳纤维那样，正因为它在航空航天和军工领域有着不可替代的作用，使得碳纤维产业得到了长足发展，成为当代新材料产业的翘楚。
刘忠范对于石墨烯玻璃的期待远不止于此，他还希望石墨烯玻璃能成为我国玻璃行业转型升级的重要抓手。
中国玻璃行业发展至今，近些年面临着一个前所未有的困境：经济下行压力大、产能严重过剩。如果不能通过创新引导玻璃行业向新型、绿色、高端方向发展，整个行业岌岌可危。
刘忠范对石墨烯玻璃的期待也就在于此。他希望石墨烯玻璃既能在石墨烯领域中发挥关键作用，也能为玻璃行业由低端向高端的转型发展贡献一份力量。
推动产业化发展的强强联合
俗话说：“酒香不怕巷子深”。刘忠范和他的团队去年正式对外发布关于石墨烯玻璃的研究成果后，许多企业和风险投资机构找到他，对石墨烯玻璃的产业化表现出极大的兴趣。
但刘忠范婉拒了他们的好意。他不是不需要一个合作者，他还在寻找，希望找到一个具有战略眼光和强烈共鸣的合作伙伴。
作为全国人大代表，刘忠范在偶然中得知与他同属安徽代表团的彭寿是国际玻璃协会主席，于是便将自己在研究石墨烯玻璃的事情告知彭寿。作为玻璃行业的专家和领导者，彭寿也敏锐地认识到了石墨烯玻璃的重要意义。于是有了2015年刘忠范到访蚌埠玻璃研究院和中国建材集团董事长宋志平的北大之行。双方经过多次接触和交流，最终达成了合作意向，愿为石墨烯玻璃的产业化发展共同努力。
北大——凯盛石墨烯研究中心近日正式成立并招兵买马，双方将携手突破阻碍石墨烯玻璃发展的瓶颈。为何会选择中国建材集团作为合作对象，刘忠范表示，现在关于石墨烯玻璃的基础研究已经基本完成，但这些研究成果只存在于实验室，距离产业化仍有一定距离。要想真正实现石墨烯玻璃的产业化，就必须完成由实验成果到产品的转化，实现批量化生产，这就需要与企业的合作。
“在实现产业化的过程中，如何解决规模化制备石墨烯玻璃，找到石墨烯玻璃有实用价值的用途是重点。而这两方面恰恰不是我们，而是中国建材、凯盛集团所擅长的。”
中国建材集团是我国最大的建材企业，实力雄厚。多年来，它始终把发展新型建材放在关键位置。凯盛玻璃在玻璃行业中享有盛誉，蚌埠玻璃设计院的实力更是有目共睹，刘忠范选择与中国建材合作可谓是强强联合。
当记者问到石墨烯玻璃何时才能真正实现产业化发展时，刘忠范笑着说：“产业化的过程是螺旋式的上升，不是一年两年就能见到成效的，而是需要数年甚至数十年的不懈努力。需要的是耐心和坚持，这也是真正的高科技产业的共同特征。对此我们充满信心，从基础研究出发寻求真正的技术突破，通过与大企业的精诚合作实现高技术的产业化。”
的确，如果国家不能对石墨烯产业进行整体布局，如果没有强大的高端技术研发机构，也就不会有领先世界的核心技术，也就不能在市场上占据优势，石墨烯玻璃，甚至整个石墨烯行业的发展也就是空中楼阁，难以真正做大做强。刘忠范的团队与中国建材的合作也是基于此。
正是有了一个又一个石墨烯玻璃式的技术创新，玻璃行业才能不断地向前发展，这也是中国玻璃创新推动力大奖的初衷。我们期待能有更多的像石墨烯玻璃这样的科技创新，引领玻璃行业走出低谷，迎向新生。
