石墨烯為安全應急產(chǎn)業(yè)注入新元素

劉越山

劉忠范

當今，綠色、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展理念已成為全球共識，新材料作為各行各業(yè)發(fā)展的重要組成部分，已成為衡量一個國家經(jīng)濟社會發(fā)展、科技進步和國防實力的重要標志。從靈巧攀爬樓梯的機器人，到無人機的救援;從新型滅火設備，到各種防汛物資的應急應用，科技正在為應急產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的元素。這其中，應急產(chǎn)品中廣泛使用的新材料，功不可沒?！安诲e，你所提到的疫情期間出現(xiàn)的石墨烯口罩，以及正在市場走俏的石墨烯羽絨服等，這些都屬于新材料在應急產(chǎn)業(yè)中的應用。”中國科學院院士、北京石墨烯研究院院長劉忠范日前在他的辦公室，對前來采訪的《經(jīng)濟》雜志、經(jīng)濟網(wǎng)記者這樣表示，“不過，這些應用還都屬于‘小意思，石墨烯的真正用途絕非如此簡單！”

一

劉忠范院士向記者首先科普了石墨烯的知識。石墨烯是由碳原子緊密堆積而成的二維晶體，號稱新材料之王，其無與倫比的特性吸引了全世界的目光。超薄、超輕、超柔韌、超高強度、超強導電性、優(yōu)異的導熱和透光性等，既能使手機像iPad那樣擁有較大的屏幕，還能任意彎折而不破壞性能讓手機屏幕折疊裝進口袋。擁有良好柔韌性的石墨烯，還在新冠肺炎疫情期間催生出了石墨烯口罩，外界反映效果不錯。從原理上講，石墨烯的超大比表面積會顯示出強大的吸附性能，可吸附新冠病毒、霧霾顆粒物等。集透光性好、導熱系數(shù)高、電子遷移率高、電阻率低、機械強度高等多種優(yōu)異性能于一身的石墨烯，在電子學、光學、儲能和傳感器等領域也有巨大的應用潛能。

石墨烯由于具有非常高的化學惰性，因此它也用作某些軍工材料或設備的涂層，更能防腐耐蝕。雖然石墨烯的密度極小，但它卻又無比堅固，可以大大減輕材料的重量，獲得極高的機械強度，可以使以往笨重的防彈衣變得像紙一樣輕薄。而石墨烯還能應用在航空航天設備中，讓航空航天設備大大減輕自身重量。而將石墨烯作為金屬材料的添加劑，如烯合金，還能大大提高合金材料的屈服和抗拉強度，在航天領域應用價值極大。而石墨烯還可以吸收微波波段的輻射，使隱形飛機更加“隱身”。美國NASA也正在研制石墨烯微型傳感器，用于航天過程中對氧氣含量的精確監(jiān)測。

談起我國對石墨烯的研發(fā)及應用，劉忠范院士介紹說，中國擁有最龐大的石墨烯研究隊伍，從2011年起，中國學者發(fā)表的石墨烯相關學術論文已居世界首位，中國申請的石墨烯專利目前已占到全球總數(shù)的83%。同時，中國也在引領著石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化運動，目前全國共有41550余家企業(yè)從事石墨烯產(chǎn)品及其生產(chǎn)設備的開發(fā)，集中在石墨烯原材料、鋰離子電池導電添加劑、超級電容器、防腐涂料、電加熱和大健康產(chǎn)品、觸摸屏等領域。中國的石墨烯基礎研究和產(chǎn)業(yè)化研發(fā)已取得了巨大進步，在國際上位列“第一方隊”，走在了世界前列。

二

雖然我國石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)引領全球，但盲目發(fā)展的問題仍然存在。劉忠范院士此前到南方考察石墨烯產(chǎn)業(yè)時就曾指出，中國石墨烯市場“虛火太旺”。而今，依然如此。最新的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前我國有4萬多家號稱做石墨烯業(yè)務的企業(yè)，但大都是小微、初創(chuàng)型企業(yè)，可持續(xù)發(fā)展能力非常有限。而疫情因素也對這些石墨烯企業(yè)帶來打擊，面臨生死存亡的壓力。從石墨烯材料的規(guī)?；a(chǎn)能力看，粉體材料年產(chǎn)能達到14640余噸，薄膜年產(chǎn)能達740余萬平方米，國外產(chǎn)能加到一起也沒中國多。這是優(yōu)勢，但也是挑戰(zhàn)之所在。“因為我們跑得太快了，在產(chǎn)業(yè)還沒有完全發(fā)展起來的時候，產(chǎn)能就已經(jīng)過剩了。”劉忠范院士對此充滿憂慮。

這些為數(shù)不少的石墨烯小微企業(yè)關注的都是什么呢？多是現(xiàn)在能“賣錢”的產(chǎn)品，比如內(nèi)衣內(nèi)褲、口罩、護腰、面膜等。對于涉及產(chǎn)業(yè)核心競爭力的技術，卻關注得非常少?！叭绱酥魂P注眼前，不重視長遠和未來，使得我們的關注點跟國外石墨烯產(chǎn)業(yè)根本不在一個‘頻道上?！眲⒅曳对菏繉Υ艘彩菓n心忡忡。

談及前段時間某汽車廠商的廣告“充電八分鐘，便跑上千公里”的石墨烯電池事件，劉忠范院士表示，這純粹是在炒概念，電池里面充當導電添加劑角色的石墨烯，其用量是很少的，多用反而會出問題，因此稱之為石墨烯電池，并不確切。他坦言，目前石墨烯市場上的許多石墨烯材料和產(chǎn)品，“還很不靠譜”。

據(jù)劉忠范院士介紹，當前制約石墨烯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的問題是，有不少人誤認為進入石墨烯行當?shù)拈T檻很低，并且誤以為“石墨烯時代”就在眼前。實際上，從英國的安德烈·海姆等人發(fā)表第一篇石墨烯論文至今，只有短短的18年時間，石墨烯原材料的規(guī)?；a(chǎn)也才剛剛開始。就現(xiàn)狀而言，我們?nèi)蕴幵诋a(chǎn)業(yè)化初級階段。但有不少認識上的誤區(qū)導致很多人盲目樂觀，盲目進入石墨烯領域。目前的石墨烯產(chǎn)業(yè)園建設也存在過于盲目、分散，且簡單重復，特色不清晰，所從事的大多屬于門檻很低的低端產(chǎn)品研發(fā)，這必然也會導致低水平的惡性競爭。特別是急功近利傾向嚴重，只關注今天能夠獲利的初級產(chǎn)品，輕視甚至忽視了對未來石墨烯產(chǎn)業(yè)核心技術的關注和投入。

從產(chǎn)能上看，石墨烯的粉體和薄膜目前均實現(xiàn)了規(guī)?；苽?，然而，石墨烯產(chǎn)品的生長工藝、原材料、設備甚至生產(chǎn)批次的不同，得到的產(chǎn)品質(zhì)量和性能也參差不齊，且很難達到統(tǒng)一的標準。規(guī)?；苽鋵χ苽浼夹g的可重復性、安全性和成本等，都提出了更高的要求。

三

在世界知識產(chǎn)權組織（WIPO）發(fā)布的《2021年全球創(chuàng)新指數(shù)報告》中，中國創(chuàng)新能力綜合排名第12名，而2017年，中國僅僅是第22名。短短4年時間，中國創(chuàng)新能力突飛猛進，這些榮耀的背后是中國無數(shù)科技工作者銳意進取、迎難而上、攻堅克難、追求卓越的必然結果。北京石墨烯研究院自2018年揭牌成立以來，用工匠精神鉆研石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)卡脖子技術，扎扎實實打造石墨烯產(chǎn)業(yè)的基石，不但打造了一支實力強大的涵蓋基礎研究、工藝開發(fā)和裝備制造的石墨烯研發(fā)團隊，也創(chuàng)造了多項全球引領的石墨烯材料規(guī)?；苽浼夹g，形成了一批自主開發(fā)的制備與檢測裝備，在石墨烯材料特種領域應用和產(chǎn)品化、市場化方面也取得重要突破，有一批“殺手锏”的產(chǎn)品和技術應用，涵蓋通用和特種材料、航空器和風電葉片除冰、航空輪胎、新一代LED發(fā)光器件、電熱產(chǎn)品等一系列應用。在機制設計上，他們的“研究院”+“公司”一體兩翼的機制設計是取得快速發(fā)展的機制保障，作為一個全新的產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新模式，“定制化”的“研發(fā)代工”，對企業(yè)產(chǎn)生了很強的吸引力，成為對接企業(yè)技術升級需求、共同打造引領世界的石墨烯材料生產(chǎn)基地。更重要的是，它由市場需求牽引，有效解決了科技經(jīng)濟“兩張皮”的問題，為研究院科技研發(fā)提供了市場牽引、為科技成果轉化提供了落地通道，也為公司長遠發(fā)展提供了持續(xù)的技術創(chuàng)新動力和技術支撐。

劉忠范院士表示，北京石墨烯研究院成立以來，立足國家發(fā)展大局，瞄準科技前沿，以工匠精神鉆研石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)卡脖子技術，推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進入深水區(qū)。目前已取得200多項發(fā)明專利，創(chuàng)造了多項引領全球的石墨烯材料規(guī)?；苽浼夹g及產(chǎn)品，A3尺寸通用石墨烯薄膜、超潔凈石墨烯薄膜、4英寸石墨烯單晶晶圓、6英寸石墨烯單晶晶圓、石墨烯玻璃纖維、烯碳/芳綸復合纖維等產(chǎn)品，廣受市場好評。

目前他們的超潔凈石墨烯材料，為全球獨家，他們正努力在制備和材料應用上發(fā)力，“大家都在做，我們就要做得最好！我們將繼續(xù)創(chuàng)新機制、融通資源，以工匠精神，鍥而不舍地解決石墨烯產(chǎn)業(yè)‘卡脖子技術問題，加快推動成果轉化，著力打造國際一流的新型研發(fā)機構和引領世界的石墨烯產(chǎn)業(yè)高地?！?h3>四

時光倒流，1984年10月，懷揣著對化學濃烈興趣的劉忠范在母親的支持下，開啟了東渡日本的近10年留學生活，先后在日本橫濱國立大學、東京大學獲得碩士、博士學位，并在東京大學和日本分子科學研究所做博士后。1991年，劉忠范遇到了至今被他稱為伯樂的人——北京大學化學系教授蔡生民先生。蔡教授數(shù)次向他發(fā)出回國工作的邀請。彼時的中國，科研條件還落后許多、還處在科技騰飛的前夜，但劉忠范毅然選擇了回到祖國。如今，作為十三屆全國政協(xié)常委、九三學社中央副主席，劉忠范還曾多次就全國石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況到全國各地進行調(diào)研，考察企業(yè)，走訪市場，對我國石墨烯產(chǎn)業(yè)的許多深層次思考報告，得到國家領導層的重視。BCCD9F51-A085-4888-9611-A9CB99474AD9