石墨烯创新迎来“国家队”,“材料之王”石墨烯如何从“工业味精”成为“工业主角”
信息来源: 发布日期:2022-11-14 浏览次数:12

 

        石墨烯创新迎来“国家队”。11月7日,据工信部官网透露,国家石墨烯创新中心、国家虚拟现实创新中心、国家超高清视频创新中心3家国家制造业创新中心已于近日获批组建。其中,位于浙江宁波的国家石墨烯创新中心汇聚浙江、江苏、广东等14个省份的行业创新力量,聚焦石墨烯产业发展的薄弱环节,开展关键共性技术攻关,打造贯穿石墨烯领域全链条的创新体系,助推我国石墨烯产业创新发展。

  石墨烯被誉为“材料之王”,是迄今为止自然界唯一厚度最薄、硬度最高、导热导电性能最好的新材料。目前,石墨烯已在智能穿戴、新能源电池、电子元器件等多个领域推广试用,在北京2022年冬奥会闭幕式上也大放异彩。但在专家看来,近年来,虽然我国石墨烯产业高速发展,但仍存在研发成本很高、难以实现产业化等问题,国家石墨烯创新中心的设立则有望对此破局。

  聚合14省创新之力

  国家石墨烯创新中心依托宁波石墨烯创新中心有限公司组建,建设地位于浙江宁波。创新中心依托中科院宁波材料所,联合了石墨烯行业骨干企业、产业链上下游企业以及投资基金、产业资本等。股东单位已汇聚浙江、江苏、广东等14个省份的行业创新力量。

  近年来,我国石墨烯产业高速发展。以国家石墨烯创新中心依托的宁波石墨烯创新中心为例,目前已在石墨烯微片的高效分散、稳定的水性浆料制备、石墨烯浆料快速印刷及涂布等多个关键共性技术上取得突破。

  同时,在产业化应用领域,锂电池用石墨烯复合导电浆料已在宁波墨西科技有限公司建成万吨级生产线;孵化的浙江墨原新材料有限公司已成功研发出百微米级石墨烯导热膜卷材;孵化的宁波烯暖科技有限公司已成功研发出基于水性工艺的石墨烯电热膜;研发的石墨烯RFID实现在资产管理的示范应用。

  在北京,由中国航发和北京市政府共同发起设立的北京石墨烯技术研究院是专门从石墨烯创新技术研究及产业孵化的新型创新主体,“十三五”期间突破了石墨烯制备技术、石墨烯材料复合技术等关键技术,“十四五”期间,将重点开展石墨烯及其衍生技术在航空航天、国产大飞机、新能源、轨道交通、环境净化、生物医疗、智能穿戴、电子信息等领域的应用开发。

  “近年来,北京市积极搭建平台、建设机制、推出政策、优化服务,加快布局以石墨烯为代表的前沿新材料产业,出台了支持高精尖产业发展的政策体系,全面支持包括新材料产业在内的高精尖产业发展。”北京市经济和信息化局副局长彭雪海在近期举行的“北京石墨烯论坛2022”上表示。

  石墨烯行业的发展也越来越得到国家重视。2012年工信部发布《新材料产业“十二五”发展规划》,首次明确提出支持石墨烯新材料的发展。之后,我国先后出台《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》《新材料产业发展指南》《“十三五”材料领域科技创新专项规划》等文件,确立石墨烯在新时代我国制造业发展中的重要战略地位,鼓励在电化学储能、海洋工程、柔性电子器件等领域拓展石墨烯应用。

  北京冬奥会上“小试牛刀”

  自从2004年英国曼彻斯特大学安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫成功从石墨上剥离石墨烯,并于2010年获得诺贝尔物理学奖,石墨烯用了短短数年的时间便完成了从登上历史舞台到走进公众视线的过程。

  石墨烯是什么?它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维材料,是迄今为止在自然界中发现的唯一厚度最薄、硬度最高、导热导电性能最好的新材料。因为强度大,如果用石墨烯做成一根头发丝粗细的绳子,它可以吊起一架三角钢琴。同时,因为它还很薄,润滑度也好,未来在汽车轻量化、节能减排、能源、航空航天、生物技术等领域将大有作为。因此,石墨烯被誉为“新材料之王”,是一种未来革命性的材料。

  深度科技研究院院长张孝荣对北京商报记者表示,理论上来说石墨烯应用广泛,可以有效地改善各种传统材料的性能,在电子元器件、新能源电池、符合材料与过滤净化等行业有初步推广试用。

  新能源电池是石墨烯商用的重要领域。石墨烯电池是一种利用锂离子在石墨烯表面和电极之间穿梭大量电子的新能源电池。石墨烯电池具有比锂电池更高的导电性,充放电速度将远远超过锂电池。其导热散热性能也更强,所以石墨烯电池的使用寿命比电池更长。

  石墨烯材料更是在北京2022年冬奥会期间大放异彩。作为开闭幕式场地的国家体育场鸟巢,应用了为座椅、地毯、桌子加热的石墨烯柔性热管理材料技术,创新性地解决了低温环境下大型户外场馆的温暖保障这一世界领域的难题。

  “北京2022年冬奥会期间,北京延庆赛区和张家口赛区的夜间户外温度可能会达到-40℃,我们为冬奥工作人员提供了石墨烯发热的围巾、马甲、手套和袜子,使他们在户外作业的时候能得到系统性的热力保障。”中国航发石墨烯材料冬奥专项项目负责人、爱家科技董事长陈利军表示,石墨烯围巾、手套、袜子等可在零下20℃环境下快速升温到38℃-53℃,持续发热2-4个小时。

  北京2022年冬奥会后,石墨烯材料更广泛地应用到穿戴鞋服行业,如生活方式品牌蕉下就在今冬推出了加入智能发热芯片,达到5秒速暖、6小时持久发热的全新一代智能发热围巾,而发热芯片的原料正是石墨烯。老人鞋品牌足力健也推出了石墨烯保暖鞋,最高升温能够达到7.3℃。

  大规模应用为时尚早

  虽然业界一直在努力,但石墨烯要从“工业味精”到“工业主角”,显然还有很长的路要走。

  相关数据显示,近十几年来,中国有关石墨烯的论文和专利数量已位居全球首位,但很多论文和专利难以转化为应用。

  “中国的石墨烯企业要与海外实力雄厚的跨国公司维持长久竞争格局,除了加大科研力度,还必须尽快实现石墨烯产业化。”中国石墨烯产业奠基人、江南石墨烯研究院名誉院长冯冠平此前曾表示。

  “实际上,由于研发成本很高,难以实现产业化,大面积的市场应用尚未推广。换言之,尽管市场对石墨烯期待很高,但石墨烯尚不能满足市场需要。”张孝荣说。

  中国电子信息产业发展研究院材料工业研究所所长肖劲松也表示,石墨烯制备中,材料的纯度、稳定性还不够,需要提高材料品质,还需要注重材料制备过程中的环保问题。此外,材料应用工程化技术需要突破,确保每一批的材料品质具有一致性。

  虽然石墨烯的大面积市场应用为时尚早,但在资本的助推下,不少上市公司热炒石墨烯概念股,导致了石墨烯产业“虚火过旺”,甚至有一些省市、公司盲目跟风上马石墨烯产业,这在一定程度上影响了产业的健康度。

  国家石墨烯创新中心的设立正是为了解决产业发展的痛点。根据工信部官网透露,创新中心面向石墨烯产业发展的薄弱环节,围绕石墨烯材料规模化制备、石墨烯材料产业化应用和石墨烯行业质量提升等研发方向,开展关键共性技术攻关,支撑打造贯穿石墨烯领域创新链、产业链、资金链、人才链和价值链的创新体系,助推我国石墨烯产业创新发展。

  “首先要加强石墨烯材料研发,拥有核心、突破性的技术。还要突出石墨烯材料的独特性,而不是仅仅替代现有的成熟材料。例如在空气净化器里用石墨烯,就要从成本、安全性、效果各方面和活性炭相比较,要考虑如何将石墨烯独特的优势最大化发挥出来。”肖劲松说。

  据了解,下一步,工信部将加强对国家制造业创新中心建设的指导,和有关地方共同推动创新中心加快建设,督促创新中心不断提升技术创新能力和行业服务能力,为产业链供应链韧性提升提供有力支撑。

 

奔腾全产业链企业格局,天生气势不凡

Enterprise Strength

  • 100

    石墨烯研发生产基地

  • 150余台

    全线生产设备

  • 200

    生产及研发人员

  • 多条石墨烯电热膜

    自动生产线

  • 40多项国家专利

    申报过3项PCT国际专利

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