20年后，石墨烯走出实验室了吗？
二十年前被誉为“比钢更强、比纸更轻”的石墨烯，如今在英国命运分化——部分企业崭露头角，更多却止步实验室门口。科学奇迹，仍在等待工业的奇迹。
当石墨烯在2004年首次被英国曼彻斯特大学成功制备时，它几乎被捧上了神坛：强度是钢的数百倍，却薄如蝉翼、轻如纸张。人们预言它将重塑电子、建筑、能源等一切产业。然而，二十年过去，这场“材料革命”的承诺仍未完全兑现——一些英国企业崭露锋芒，而另一些，却在商业化的迷雾中迷失。
石墨烯来源于普通石墨——就是铅笔芯里的那种物质。它是一层由碳原子组成的蜂窝状晶格，仅一原子厚，能极高效地导热导电。如今，中国已成为全球最大的石墨烯生产国，广泛应用于芯片制造与建筑行业，试图在未来科技的竞赛中取得优势。
而在英国，石墨烯正悄然进入基础设施。去年七月，一种加入石墨烯的低碳混凝土被铺设在诺森伯兰水务公司的施工现场。这种新型材料由曼彻斯特大学石墨烯工程创新中心(GEIC)和Cemex UK联合研发，既更环保，也更坚固耐用。
2D Photonics开发设施的洁净室
“从实验室走向工厂，这是石墨烯真正的考验。”剑桥大学衍生公司2D Photonics的首席执行官Ben Jensen坦言。他的公司专注于研发基于石墨烯的光子技术，用于数据中心。
Jensen的名字其实早已与碳材料紧密相连。2007年，他创立了英国Surrey NanoSystems公司，发明了由石墨烯卷曲而成的碳纳米管涂层——Vantablack。它吸收99.96%的光，被誉为世界上“最黑的黑”。雕塑家Anish Kapoor买下了其艺术使用权，而BMW也用它喷涂出一辆“黑到无法辨形”的X6跑车。
“每一种新材料都面临相同的宿命——要挑战已有技术的地位，必须既强大又便宜。”Jensen说，“你得能制造它，还得能大规模制造它，更重要的是，它不能比现有方案贵十倍。”
德国化工巨头Bayer曾试图量产碳纳米管，但在十多年前因需求迟迟未爆发而关闭试验工厂。如今，碳纳米管更多只是塑料增强填料。Bayer干脆称其潜在用途“过于零碎”。
相比之下，2D Photonics的子公司CamGraPhIC的石墨烯光学芯片显得更具前景。它源自剑桥大学与意大利CNIT研究所的联合研究。
传统的硅光子芯片在传输数据时，需要先把电信号转为光信号。而CamGraPhIC的石墨烯芯片能以更低成本传输更多数据，还能节省80%的能耗，并在更宽的温度范围内稳定运行——这意味着人工智能数据中心可以摆脱那些耗水耗电的冷却系统。
Jensen形象地比喻：“用硅传输数据，就像16车道的高速公路忽然收窄成一条小道，交通自然瘫痪。石墨烯光子学，就像突然有了上百条宽阔车道。”
他补充道：“我们的突破，是能稳定地生长出性能一致的高质量石墨烯，并将其嵌入芯片。别忘了，这是一种只有一个原子厚的材料，制造难度几乎疯狂。”
CamGraPhIC由剑桥大学教授Andrea Ferrari和意大利Pisa CNIT研究所的光子学负责人Marco Romagnoli于2018年共同创立。母公司2D Photonics刚刚获得了2500万英镑的融资，投资方包括意大利主权财富基金、北约、索尼创新基金、博世风投以及英国Frontier IP集团。公司计划在米兰附近建立试验工厂，批量生产200毫米晶圆，并预计在年内筹集到3.17亿欧元的后续资金。
这些芯片未来可广泛应用于高性能计算、5G与6G通信、飞机电子系统、自动驾驶汽车、数字雷达以及卫星独立通信等领域。
与其相距不远的Somersham村，也孕育了另一家成功的石墨烯公司——Paragraf。它同样源于剑桥大学，并在过去十年获得英国财政部的资金支持。Paragraf生产石墨烯电子器件，用于电动车传感器、生物传感器和早期疾病检测，甚至涉足农业。近期，它获得来自阿联酋主权财富基金的5500万美元投资，后者持股12.8%。
另一家冉冉升起的新星是Graphene Innovations Manchester。这家公司由Vivek Koncherry于2021年创立，去年12月与沙特阿拉伯签下协议，启动全球首个商业化“石墨烯碳纤维”生产线。该材料可用于建筑屋顶、立面和路灯杆。目前，他们已在沙特Tabuk开始量产，计划到2026年实现3000吨产能。
然而，并非所有企业都走上坦途。英国最早的石墨烯公司之一——Applied Graphene Materials，由杜伦大学教授Karl Coleman于2010年创立。它推出过防腐底漆、自行车防护喷雾等产品，还曾登上Halfords超市货架。但长期亏损最终令公司于2023年关闭，其主要业务被加拿大的Universal Matter收购。
“新材料产业需要漫长的孕育期，”Graphene-Info网站创办人Ron Mertens指出，“许多石墨烯企业从未实现盈利，甚至没能进入真正的市场。”
位于格洛斯特郡的Versarien或许是这个产业的缩影。它始于2010年的一个车库创业项目，在英国政府机构Innovate UK的支持下，开发出石墨烯粉末和相关产品，被用于传感器、混凝土、电子油墨、纺织品乃至美军隐身材料。
这家公司一度雄心勃勃，业务扩展至西班牙和韩国，却因财务危机在今年7月陷入困境，被迫让多家子公司进入破产程序。Versarien正试图出售专利资产，但手头资金只能维持到十月底。与中国合作的投资交易也因英国政府干预而告吹。
曾经被寄予厚望的石墨烯产业，如今似乎站在一个尴尬的节点：实验室的奇迹，仍难在现实世界复制。从“lab to fab”(从实验室到工厂)，这条路比任何人预想的都要漫长。
