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石墨烯創(chuàng)新迎來“國家隊”。11月7日，據(jù)工信部官網(wǎng)透露，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3家國家制造業(yè)創(chuàng)新中心已于近日獲批組建。其中，位于浙江寧波的國家石墨烯創(chuàng)新中心匯聚浙江、江蘇、廣東等14個省份的行業(yè)創(chuàng)新力量，聚焦石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)，開展關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)，打造貫穿石墨烯領(lǐng)域全鏈條的創(chuàng)新體系，助推我國石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。
石墨烯被譽為“材料之王”，是迄今為止自然界唯一厚度最薄、硬度最高、導熱導電性能最好的新材料。目前，石墨烯已在智能穿戴、新能源電池、電子元器件等多個領(lǐng)域推廣試用，在北京2022年冬奧會閉幕式上也大放異彩。但在專家看來，近年來，雖然我國石墨烯產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，但仍存在研發(fā)成本很高、難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化等問題，國家石墨烯創(chuàng)新中心的設立則有望對此破局。
聚合14省創(chuàng)新之力
國家石墨烯創(chuàng)新中心依托寧波石墨烯創(chuàng)新中心有限公司組建，建設地位于浙江寧波。創(chuàng)新中心依托中科院寧波材料所，聯(lián)合了石墨烯行業(yè)骨干企業(yè)、產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)以及投資基金、產(chǎn)業(yè)資本等。股東單位已匯聚浙江、江蘇、廣東等14個省份的行業(yè)創(chuàng)新力量。
近年來，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。以國家石墨烯創(chuàng)新中心依托的寧波石墨烯創(chuàng)新中心為例，目前已在石墨烯微片的高效分散、穩(wěn)定的水性漿料制備、石墨烯漿料快速印刷及涂布等多個關(guān)鍵共性技術(shù)上取得突破。
同時，在產(chǎn)業(yè)化應用領(lǐng)域，鋰電池用石墨烯復合導電漿料已在寧波墨西科技有限公司建成萬噸級生產(chǎn)線；孵化的浙江墨原新材料有限公司已成功研發(fā)出百微米級石墨烯導熱膜卷材；孵化的寧波烯暖科技有限公司已成功研發(fā)出基于水性工藝的石墨烯電熱膜；研發(fā)的石墨烯RFID實現(xiàn)在資產(chǎn)管理的示范應用。
在北京，由中國航發(fā)和北京市政府共同發(fā)起設立的北京石墨烯技術(shù)研究院是專門從石墨烯創(chuàng)新技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)孵化的新型創(chuàng)新主體，“十三五”期間突破了石墨烯制備技術(shù)、石墨烯材料復合技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，“十四五”期間，將重點開展石墨烯及其衍生技術(shù)在航空航天、國產(chǎn)大飛機、新能源、軌道交通、環(huán)境凈化、生物醫(yī)療、智能穿戴、電子信息等領(lǐng)域的應用開發(fā)。
“近年來，北京市積極搭建平臺、建設機制、推出政策、優(yōu)化服務，加快布局以石墨烯為代表的前沿新材料產(chǎn)業(yè)，出臺了支持高精尖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策體系，全面支持包括新材料產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的高精尖產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”北京市經(jīng)濟和信息化局副局長彭雪海在近期舉行的“北京石墨烯論壇2022”上表示。
石墨烯行業(yè)的發(fā)展也越來越得到國家重視。2012年工信部發(fā)布《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，首次明確提出支持石墨烯新材料的發(fā)展。之后，我國先后出臺《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》《“十三五”材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》等文件，確立石墨烯在新時代我國制造業(yè)發(fā)展中的重要戰(zhàn)略地位，鼓勵在電化學儲能、海洋工程、柔性電子器件等領(lǐng)域拓展石墨烯應用。
北京冬奧會上“小試牛刀”
自從2004年英國曼徹斯特大學安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫成功從石墨上剝離石墨烯，并于2010年獲得諾貝爾物理學獎，石墨烯用了短短數(shù)年的時間便完成了從登上歷史舞臺到走進公眾視線的過程。
石墨烯是什么？它是由碳原子構(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)的唯一厚度最薄、硬度最高、導熱導電性能最好的新材料。因為強度大，如果用石墨烯做成一根頭發(fā)絲粗細的繩子，它可以吊起一架三角鋼琴。同時，因為它還很薄，潤滑度也好，未來在汽車輕量化、節(jié)能減排、能源、航空航天、生物技術(shù)等領(lǐng)域?qū)⒋笥凶鳛?。因此，石墨烯被譽為“新材料之王”，是一種未來革命性的材料。
深度科技研究院院長張孝榮對北京商報記者表示，理論上來說石墨烯應用廣泛，可以有效地改善各種傳統(tǒng)材料的性能，在電子元器件、新能源電池、符合材料與過濾凈化等行業(yè)有初步推廣試用。
新能源電池是石墨烯商用的重要領(lǐng)域。石墨烯電池是一種利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間穿梭大量電子的新能源電池。石墨烯電池具有比鋰電池更高的導電性，充放電速度將遠遠超過鋰電池。其導熱散熱性能也更強，所以石墨烯電池的使用壽命比電池更長。
石墨烯材料更是在北京2022年冬奧會期間大放異彩。作為開閉幕式場地的國家體育場鳥巢，應用了為座椅、地毯、桌子加熱的石墨烯柔性熱管理材料技術(shù)，創(chuàng)新性地解決了低溫環(huán)境下大型戶外場館的溫暖保障這一世界領(lǐng)域的難題。
“北京2022年冬奧會期間，北京延慶賽區(qū)和張家口賽區(qū)的夜間戶外溫度可能會達到-40℃，我們?yōu)槎瑠W工作人員提供了石墨烯發(fā)熱的圍巾、馬甲、手套和襪子，使他們在戶外作業(yè)的時候能得到系統(tǒng)性的熱力保障。”中國航發(fā)石墨烯材料冬奧專項項目負責人、愛家科技董事長陳利軍表示，石墨烯圍巾、手套、襪子等可在零下20℃環(huán)境下快速升溫到38℃-53℃，持續(xù)發(fā)熱2-4個小時。
北京2022年冬奧會后，石墨烯材料更廣泛地應用到穿戴鞋服行業(yè)，如生活方式品牌蕉下就在今冬推出了加入智能發(fā)熱芯片，達到5秒速暖、6小時持久發(fā)熱的全新一代智能發(fā)熱圍巾，而發(fā)熱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，最高升溫能夠達到7.3℃。
大規(guī)模應用為時尚早
雖然業(yè)界一直在努力，但石墨烯要從“工業(yè)味精”到“工業(yè)主角”，顯然還有很長的路要走。
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，近十幾年來，中國有關(guān)石墨烯的論文和專利數(shù)量已位居全球首位，但很多論文和專利難以轉(zhuǎn)化為應用。
“中國的石墨烯企業(yè)要與海外實力雄厚的跨國公司維持長久競爭格局，除了加大科研力度，還必須盡快實現(xiàn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化。”中國石墨烯產(chǎn)業(yè)奠基人、江南石墨烯研究院名譽院長馮冠平此前曾表示。
“實際上，由于研發(fā)成本很高，難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，大面積的市場應用尚未推廣。換言之，盡管市場對石墨烯期待很高，但石墨烯尚不能滿足市場需要。”張孝榮說。
中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院材料工業(yè)研究所所長肖勁松也表示，石墨烯制備中，材料的純度、穩(wěn)定性還不夠，需要提高材料品質(zhì)，還需要注重材料制備過程中的環(huán)保問題。此外，材料應用工程化技術(shù)需要突破，確保每一批的材料品質(zhì)具有一致性。
雖然石墨烯的大面積市場應用為時尚早，但在資本的助推下，不少上市公司熱炒石墨烯概念股，導致了石墨烯產(chǎn)業(yè)“虛火過旺”，甚至有一些省市、公司盲目跟風上馬石墨烯產(chǎn)業(yè)，這在一定程度上影響了產(chǎn)業(yè)的健康度。
國家石墨烯創(chuàng)新中心的設立正是為了解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展的痛點。根據(jù)工信部官網(wǎng)透露，創(chuàng)新中心面向石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)，圍繞石墨烯材料規(guī)?；苽洹⑹┎牧袭a(chǎn)業(yè)化應用和石墨烯行業(yè)質(zhì)量提升等研發(fā)方向，開展關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)，支撐打造貫穿石墨烯領(lǐng)域創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、資金鏈、人才鏈和價值鏈的創(chuàng)新體系，助推我國石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。
“首先要加強石墨烯材料研發(fā)，擁有核心、突破性的技術(shù)。還要突出石墨烯材料的獨特性，而不是僅僅替代現(xiàn)有的成熟材料。例如在空氣凈化器里用石墨烯，就要從成本、安全性、效果各方面和活性炭相比較，要考慮如何將石墨烯獨特的優(yōu)勢最大化發(fā)揮出來。”肖勁松說。
據(jù)了解，下一步，工信部將加強對國家制造業(yè)創(chuàng)新中心建設的指導，和有關(guān)地方共同推動創(chuàng)新中心加快建設，督促創(chuàng)新中心不斷提升技術(shù)創(chuàng)新能力和行業(yè)服務能力，為產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈韌性提升提供有力支撐。
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