追逐“烯”望之路讓“石墨烯+”照進(jìn)現(xiàn)實

文|本刊記者 姚穎超

2022年11月7日，國家工信部發(fā)布消息，批復(fù)組建國家石墨烯創(chuàng)新中心、國家虛擬現(xiàn)實創(chuàng)新中心、國家超高清視頻創(chuàng)新中心等3家國家制造業(yè)創(chuàng)新中心。這意味著位于寧波的石墨烯創(chuàng)新中心由省級制造業(yè)創(chuàng)新中心升格至國家級，成為國內(nèi)石墨烯領(lǐng)域唯一的國家制造業(yè)創(chuàng)新中心，也是全省首個國家制造業(yè)創(chuàng)新中心。

近年來，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，但仍存在研發(fā)成本高、核心技術(shù)攻關(guān)難、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用慢等問題。為解決制約我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸，國家石墨烯創(chuàng)新中心將扛起石墨烯產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的大旗，加快打通石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈上下游通道，讓“石墨烯+”照進(jìn)現(xiàn)實。

前瞻謀劃 追夢石墨烯

“世紀(jì)神奇材料”“黑金”“新材料之王”……集眾多美譽于一身的石墨烯，究竟為何物？這一疑問，在國家石墨烯創(chuàng)新中心得到了解答。

石墨烯是從石墨剝離出來、由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維材料，是迄今為止在自然界中發(fā)現(xiàn)的厚度最薄的新材料，厚度只有頭發(fā)絲的二十萬分之一。“石墨烯來源于石墨，又不同于石墨?！眹沂﹦?chuàng)新中心主任劉兆平這樣比喻，“如果石墨是一本書，那么石墨烯就是其中一頁紙?！?/p>

不同于許多傳統(tǒng)材料僅在某一方面具有性能優(yōu)勢，石墨烯集合了超高強(qiáng)度、超高導(dǎo)電性、超高導(dǎo)熱性、超高比表面積與高透光率等眾多優(yōu)異性，在新能源、電子信息、數(shù)據(jù)通信、節(jié)能環(huán)保、石油化工、航空航天等領(lǐng)域擁有無限可能。

基于石墨烯優(yōu)異的性能、廣闊的市場前景和潛在的巨大經(jīng)濟(jì)效益，石墨烯行業(yè)的發(fā)展也越來越得到國家重視。近年來，寧波一直引領(lǐng)著中國石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。2013年啟動“石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開發(fā)”重大科研專項，2017年發(fā)布石墨烯產(chǎn)業(yè)三年攻堅行動計劃……

2017年，由中科院寧波材料所牽頭組建的寧波石墨烯創(chuàng)新中心有限公司成立。該公司聯(lián)合我國石墨烯行業(yè)骨干企業(yè)、產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)、國有資本、社會資本等32家股東單位共同出資成立。同年，石墨烯創(chuàng)新中心獲批組建浙江省首批制造業(yè)創(chuàng)新中心。

劉兆平介紹，創(chuàng)新中心聚焦國家重大需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，圍繞石墨烯材料制備及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用關(guān)鍵共性技術(shù)，制定了石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖。按照石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖，創(chuàng)新中心發(fā)揮區(qū)域制造業(yè)創(chuàng)新中心擔(dān)當(dāng)，提升行業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)能力，遴選適配技術(shù)創(chuàng)新人才，購置設(shè)備搭建試驗線，深度推動產(chǎn)業(yè)難題攻克，規(guī)劃布局了19個重點研發(fā)項目。

持續(xù)聚焦 深耕“石墨烯+”

一項技術(shù)從實驗室到工業(yè)化量產(chǎn)，道阻且長。多數(shù)科研院所承擔(dān)基礎(chǔ)性研究，但企業(yè)需要技術(shù)成熟度高、馬上可投入產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)。如何打通應(yīng)用基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化連接的通道？創(chuàng)新中心可發(fā)揮重要作用。

創(chuàng)新中心開展技術(shù)成熟度4—7級的關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)，以及引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)前沿技術(shù)研發(fā)，銜接科研院所基礎(chǔ)研究的技術(shù)和成果，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用資深度融合?！皠?chuàng)新中心可提供中試場地、設(shè)備及所需資金，形成可產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)，向有需求的企業(yè)進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移擴(kuò)散，最終讓石墨烯技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。”劉兆平說。

中科院寧波材料所科研團(tuán)隊致力于研發(fā)高性能石墨烯復(fù)合催化劑及空氣陰極技術(shù)，但始終未進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。2018年，該科研團(tuán)隊在創(chuàng)新中心立項，創(chuàng)新中心為其提供中試場地、研發(fā)人員、大型設(shè)備等，促進(jìn)研發(fā)及成果轉(zhuǎn)化。一年后，中鋁集團(tuán)、中科院寧波材料所和創(chuàng)新中心等成立寧波烯鋁新能源有限公司，開展石墨烯鋁燃料電池科研成果產(chǎn)業(yè)化。如今，鹽水燈、1000瓦72小時鋁燃料應(yīng)急電源等多款產(chǎn)品不僅供應(yīng)國內(nèi)，也已出口至日本、泰國與印度等國家。

在劉兆平看來，創(chuàng)新中心掛上“國字號”招牌，不僅僅因為其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。目前，石墨烯有兩種存在形態(tài)：粉體和薄膜，而創(chuàng)新中心在石墨烯的量產(chǎn)技術(shù)上處于全國乃至世界領(lǐng)先地位。

2017年，由中科院寧波材料所和創(chuàng)新中心聯(lián)合孵化的寧波柔碳電子科技有限公司已建成半米寬幅、千米級長度的石墨烯薄膜卷對卷中試生產(chǎn)線，成為全球首家實現(xiàn)大寬幅石墨烯薄膜卷材生產(chǎn)的企業(yè)。時至今日，柔碳科技仍是全國唯一的大寬幅石墨烯薄膜卷材制造商。

憑借大寬幅、長連續(xù)、低成本的技術(shù)優(yōu)勢，石墨烯薄膜已實現(xiàn)高功率導(dǎo)熱、超導(dǎo)電銅石墨烯復(fù)合材料、柔性透明導(dǎo)電膜等多種應(yīng)用，在煤改電、高性能電機(jī)、柔性電子等領(lǐng)域具有非常廣闊的市場前景。柔碳科技董事長汪偉介紹，石墨烯薄膜卷材用于制造高導(dǎo)電銅石墨烯復(fù)合材料，在軌道交通和新能源汽車的電機(jī)領(lǐng)域，可實現(xiàn)顯著減重節(jié)能的作用；用于制造高溫高功率的石墨烯加熱膜和加熱板，在“煤改電”、新能源汽車、家電廚電等領(lǐng)域前景看好。

以石墨烯作為主要材料的超級電容器，幾十秒便可完成一輛公交車充電，續(xù)航近十幾公里；加入了石墨烯涂層的護(hù)目鏡、滑雪鏡等，解決了在濕度大、溫度低環(huán)境中易起霧的問題；用石墨烯面料制成的衣物，具有抗菌、防靜電功能，保溫性能可提升6℃—8℃……在創(chuàng)新中心展示大廳，一件件科技感十足的產(chǎn)品，見證著“石墨烯+”大有可為。

引領(lǐng)創(chuàng)新 贏得石墨烯未來

2025年，高質(zhì)量完成石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心創(chuàng)新能力建設(shè)；2028年，建設(shè)成為具有國際影響力的國家石墨烯創(chuàng)新中心；2031年，建設(shè)成為引領(lǐng)全球石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國家制造業(yè)創(chuàng)新中心……這是創(chuàng)新中心對于未來的豪情壯志。

劉兆平告訴記者，縱觀全球，未來十年對石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有決定性意義：決定誰主導(dǎo)引領(lǐng)全球石墨烯市場，進(jìn)而影響國家間的核心競爭力；決定石墨烯的應(yīng)用發(fā)展水平能否深刻改變?nèi)祟惿?。同時，石墨烯也將成為我國搶占未來科技競爭制高點的重要抓手之一，助力實現(xiàn)我國未來在高科技領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

因此，國家石墨烯創(chuàng)新中心將打造石墨烯領(lǐng)域的國家級產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新平臺、產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新平臺和產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)平臺，深入帶動國內(nèi)石墨烯相關(guān)企業(yè)、科研院所、高校等主體協(xié)同創(chuàng)新，以重點領(lǐng)域關(guān)鍵共性技術(shù)的研發(fā)供給、轉(zhuǎn)移擴(kuò)散和首次商業(yè)化為重點，完成從共性技術(shù)研發(fā)到技術(shù)轉(zhuǎn)移擴(kuò)散和首次商業(yè)化的創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵活動，打通石墨烯產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，打造跨界協(xié)同的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。

此外，針對我國芯片技術(shù)痛點、難點、堵點問題，基于石墨烯，創(chuàng)新中心正布局研發(fā)速度更快、功耗更低的新一代碳基芯片，旨在打破現(xiàn)有硅基芯片技術(shù)的國外壟斷格局，建立完全自主的碳基芯片技術(shù)體系，領(lǐng)跑芯片產(chǎn)業(yè)新賽道，掌握未來科技競爭的主動權(quán)。