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被寄予厚望的新材料石墨烯正越來越多地走進人們的生活 石墨烯産業化應用腳步加快

石墨烯作為一種新發現的材料,因其優越的性能有“材料之王”的稱号,被全世界的科學界寄予厚望。如今,在國内這一新材料不斷取得科研突破的同時,還在一步步走向産業化,越來越多地應用在人們的生活中。

石墨烯走進生活

随着國家支持力度的加大,我國石墨烯技術近年來不斷取得突破,産業化應用也越來越廣泛,并且逐漸從低端走向高端。

11月23日,在浙江省石墨烯制造業創新中心,42歲的劉兆平對于該産業的前景充滿信心,“我們本來規劃到2020年,研發團隊的人員達到150人,截至目前,已經提前實現了這一目标。”這位全國五一勞動獎章獲得者,是科技部科技創新領軍人才,如今擔任創新中心的負責人。

據介紹,該創新中心位于浙江省甯波市中科院甯波材料技術與工程研究所,緻力于石墨烯産業關鍵共性技術和産業前沿技術的創新研發、技術轉移擴散和首次商業化。

據了解,石墨烯是一種以六角形蜂巢結構周期性緊密堆積的碳原子構成的二維碳材料,是目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料。因具有優越的性能,其在産業化和商業化方面雖然剛剛起步,但已經開始迸發巨大的能量和活力。

當前,越來越多的石墨烯相關産品走進了人們的生活之中。其中以石墨烯粉末(體)為原料的産品,如功能塗料、複合材料、電極材料和結構增強型材料等,部分已初步實現産業化。比如,護腰、護膝等使用石墨烯材料的康複産品,以及初步使用石墨烯材料的動力電池、超級電容器等。

這些産品因為石墨烯的使用都不同程度地提高了性能。以石墨烯動力電池為例,因為使用了石墨烯複合電極材料與石墨烯導電添加劑,能顯著提升動力锂電池的能量密度、功率密度與壽命,在一定程度上解決了電動汽車續航裡程短的瓶頸問題 。“雖然這些産品目前還不夠高端,但是作為一種新興的業态,仍然值得肯定。”中科院甯波所一位負責人說。

各國大力發展

石墨烯在新能源、電子信息、功能材料、節能環保、航空航天等領域有着巨大的應用潛力。“有望成為引領新一代工業技術革命和主導未來高技術競争的戰略性前沿新材料。”劉兆平說。

鑒于石墨烯應用的“大好前景”,目前,各國紛紛布局石墨烯領域,搶占産業“制高點”。有報告顯示,全球已有80多個國家投入石墨烯的研發、生産。美國、日本、韓國等相繼發布或資助了一系列相關研究計劃和項目。特别是歐盟制定了石墨烯旗艦計劃,計劃投入10億歐元推動石墨烯産業發展。

目前,全球石墨烯研發、生産綜合實力最強的是美國、日本和中國。一些跨國公司成為研發石墨烯的主力,IBM、英特爾、陶氏化學、三星等國際知名跨國企業紛紛将石墨烯及其應用技術作為長期戰略發展方向,而且還湧現出了大批專門從事石墨烯研發、生産和應用的機構和企業。

業内專家認為,從技術成熟度的角度來看,全球的石墨烯産業目前總體上處于概念導入期、産業化突破前期,正從實驗室走向産業化。

我國也大力鼓勵石墨烯這一新産業發展。國家自然基金委、科技部、國家發改委、工信部等相關部委都高度重視石墨烯的研發、生産與應用,不斷加大投入和支持力度。目前已經有幾百家科研機構和公司從事石墨烯材料及其相關産品的研發。

據統計,截至2016年底,我國石墨烯專利申請量占全球68.2%,85%以上的理工科學校都有石墨烯相關的研究團隊,有的高校甚至一個學校就多達10多個研究團隊。2017年,兩項石墨烯研究成果獲得國家科技進步獎。我國從事石墨烯研發、生産的企業紛紛湧現。截至2017年底,全國在工商登記注冊的石墨烯企業約4800家。

應用前景廣闊

值得一提的是,在低端應用範圍越來越廣的同時,一些高端的技術也正在取得實質性突破,并開始産業化應用。

在浙江石墨烯創新中心,一卷透明的薄膜引起了記者的興趣。據劉兆平介紹,這是石墨烯柔性加熱組件,将極薄的石墨烯粉末塗在特制塑料薄膜的兩面。據了解,理論上1克石墨烯單層可塗滿2000多平方米的薄膜,塗後組件厚度僅為平常紙張的厚度,可以實現高度的導熱功能。這種薄膜 “可以顯著提高電熱轉化效率,有望全面替代傳統取暖方式。”

石墨烯作為一種新材料,從發現到大規模應用,是一個循序漸進的過程,不可能一蹴而就,需要遵循新興産業發展規律。因此,在一些專業人士看來,我國的石墨烯技術和産業發展目前依然存在許多問題。比如有企業以石墨烯為噱頭大肆炒作概念,諸如出現“用了石墨烯材料,可以讓動力電池續航裡程達到1000公裡”這樣的廣告詞。在業内專家看來,這種炒作不值得信任,從目前的技術來看,還實現不了。

雖然面臨商業炒作多技術突破少、産業低端化傾向明顯、成本高推廣難等諸多難題,但是,作為一種新興的産業,在短短幾年時間裡,我國石墨烯産業取得了快速發展,也引起了世界的高度關注。

諾貝爾物理學獎獲得者安德烈·海姆就說:“中國正引領石墨烯商業化。”2004年,正是安德烈·海姆和另外一名科學家用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯,并發現其一些特性,二人因此獲得2010年諾貝爾物理學獎,從而讓石墨烯這一材料廣為人所知。

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