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被寄予厚望的新材料石墨烯正越来越多地走进人们的生活 石墨烯产业化应用脚步加快

石墨烯作为一种新发现的材料,因其优越的性能有“材料之王”的称号,被全世界的科学界寄予厚望。如今,在国内这一新材料不断取得科研突破的同时,还在一步步走向产业化,越来越多地应用在人们的生活中。

石墨烯走进生活

随着国家支持力度的加大,我国石墨烯技术近年来不断取得突破,产业化应用也越来越广泛,并且逐渐从低端走向高端。

11月23日,在浙江省石墨烯制造业创新中心,42岁的刘兆平对于该产业的前景充满信心,“我们本来规划到2020年,研发团队的人员达到150人,截至目前,已经提前实现了这一目标。”这位全国五一劳动奖章获得者,是科技部科技创新领军人才,如今担任创新中心的负责人。

据介绍,该创新中心位于浙江省宁波市中科院宁波材料技术与工程研究所,致力于石墨烯产业关键共性技术和产业前沿技术的创新研发、技术转移扩散和首次商业化。

据了解,石墨烯是一种以六角形蜂巢结构周期性紧密堆积的碳原子构成的二维碳材料,是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。因具有优越的性能,其在产业化和商业化方面虽然刚刚起步,但已经开始迸发巨大的能量和活力。

当前,越来越多的石墨烯相关产品走进了人们的生活之中。其中以石墨烯粉末(体)为原料的产品,如功能涂料、复合材料、电极材料和结构增强型材料等,部分已初步实现产业化。比如,护腰、护膝等使用石墨烯材料的康复产品,以及初步使用石墨烯材料的动力电池、超级电容器等。

这些产品因为石墨烯的使用都不同程度地提高了性能。以石墨烯动力电池为例,因为使用了石墨烯复合电极材料与石墨烯导电添加剂,能显著提升动力锂电池的能量密度、功率密度与寿命,在一定程度上解决了电动汽车续航里程短的瓶颈问题 。“虽然这些产品目前还不够高端,但是作为一种新兴的业态,仍然值得肯定。”中科院宁波所一位负责人说。

各国大力发展

石墨烯在新能源、电子信息、功能材料、节能环保、航空航天等领域有着巨大的应用潜力。“有望成为引领新一代工业技术革命和主导未来高技术竞争的战略性前沿新材料。”刘兆平说。

鉴于石墨烯应用的“大好前景”,目前,各国纷纷布局石墨烯领域,抢占产业“制高点”。有报告显示,全球已有80多个国家投入石墨烯的研发、生产。美国、日本、韩国等相继发布或资助了一系列相关研究计划和项目。特别是欧盟制定了石墨烯旗舰计划,计划投入10亿欧元推动石墨烯产业发展。

目前,全球石墨烯研发、生产综合实力最强的是美国、日本和中国。一些跨国公司成为研发石墨烯的主力,IBM、英特尔、陶氏化学、三星等国际知名跨国企业纷纷将石墨烯及其应用技术作为长期战略发展方向,而且还涌现出了大批专门从事石墨烯研发、生产和应用的机构和企业。

业内专家认为,从技术成熟度的角度来看,全球的石墨烯产业目前总体上处于概念导入期、产业化突破前期,正从实验室走向产业化。

我国也大力鼓励石墨烯这一新产业发展。国家自然基金委、科技部、国家发改委、工信部等相关部委都高度重视石墨烯的研发、生产与应用,不断加大投入和支持力度。目前已经有几百家科研机构和公司从事石墨烯材料及其相关产品的研发。

据统计,截至2016年底,我国石墨烯专利申请量占全球68.2%,85%以上的理工科学校都有石墨烯相关的研究团队,有的高校甚至一个学校就多达10多个研究团队。2017年,两项石墨烯研究成果获得国家科技进步奖。我国从事石墨烯研发、生产的企业纷纷涌现。截至2017年底,全国在工商登记注册的石墨烯企业约4800家。

应用前景广阔

值得一提的是,在低端应用范围越来越广的同时,一些高端的技术也正在取得实质性突破,并开始产业化应用。

在浙江石墨烯创新中心,一卷透明的薄膜引起了记者的兴趣。据刘兆平介绍,这是石墨烯柔性加热组件,将极薄的石墨烯粉末涂在特制塑料薄膜的两面。据了解,理论上1克石墨烯单层可涂满2000多平方米的薄膜,涂后组件厚度仅为平常纸张的厚度,可以实现高度的导热功能。这种薄膜 “可以显著提高电热转化效率,有望全面替代传统取暖方式。”

石墨烯作为一种新材料,从发现到大规模应用,是一个循序渐进的过程,不可能一蹴而就,需要遵循新兴产业发展规律。因此,在一些专业人士看来,我国的石墨烯技术和产业发展目前依然存在许多问题。比如有企业以石墨烯为噱头大肆炒作概念,诸如出现“用了石墨烯材料,可以让动力电池续航里程达到1000公里”这样的广告词。在业内专家看来,这种炒作不值得信任,从目前的技术来看,还实现不了。

虽然面临商业炒作多技术突破少、产业低端化倾向明显、成本高推广难等诸多难题,但是,作为一种新兴的产业,在短短几年时间里,我国石墨烯产业取得了快速发展,也引起了世界的高度关注。

诺贝尔物理学奖获得者安德烈·海姆就说:“中国正引领石墨烯商业化。”2004年,正是安德烈·海姆和另外一名科学家用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,并发现其一些特性,二人因此获得2010年诺贝尔物理学奖,从而让石墨烯这一材料广为人所知。

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