前沿

　　被称为“黑金”“新材料之王”的石墨烯,自2010年其发明者获得诺奖后,一直被技术专家、科技公司寄予厚望。然而,关键技术突破难度大、技术转化瓶颈较多,使得石墨烯产品还未能全面进入生产和生活。如何让石墨烯加速从实验室走向市场?《科技周刊》记者带你亲历一线,近距离观察正努力奋进在转化“临界点”上的各石墨烯研究机构和产业园。

　　从实验室走向市场,石墨烯产业化正在加速

　　三年前,用石墨烯为原材料打印射频天线,取代金属铝天线,仅仅还是一项远在英国曼彻斯特大学的科研成果,但现在,它已经在南京开发区新港高新园落地变为现实中的产品,并将在今年底实现6亿片的产能。

　　在鼎腾石墨烯研究院,记者看到,石墨烯射频天线生产线正在紧锣密鼓地运行,工作人员使用石墨烯“墨水”(导电浆料),结合传统的丝网印刷技术,就能在普通白纸上印刷出石墨烯射频天线。研究院研发部张国兴博士介绍,石墨烯是从普通石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。由石墨烯制成的射频天线,能够大批量应用在电子标签和无线传感器上。

　　随着物联网的广泛应用,生活中越来越多的领域使用到电子标签。这些标签是识别个体的身份证,从服装、食品、日用百货到汽车行业,几乎无处不在。“传统的电子标签一般以金属铝为原料,制造工艺不够环保、使用寿命不够长,石墨烯因为具备超薄、高强度、导热性、导电性、透光性极佳等特性,用它制作的电子标签,能从更远的距离感应扫码器,而且节能环保、质地柔软,使用寿命更是铝制材料的3倍多。而由于石墨烯的片状结构,石墨烯电子标签还具有易碎防伪功能。”张国兴博士说。

　　研究院董事长赖中平博士介绍,石墨烯射频天线从科研成果到量产经历了两三年时间,目前,研究院孵化的项目公司为一些图书公司提供图书智能标签,为一些企业提供物流监控系统的整套标签和传感器,已初步实现产业化。“随着制备技术成熟、产能扩大、成本降低,石墨烯应用产品的规模化生产成为可能,石墨烯从实验室走向市场正在加速。”赖中平说。

　　据日前发布的《2017—2018年中国石墨烯发展年度报告》,2017年以来,随着石墨烯产业链上游企业制备工艺的进一步突破,石墨烯产业链下游企业在电子、储能等领域的应用已初见成效,触摸屏、加热膜、防腐涂料等成为企业关注的重点,石墨烯在新能源汽车、生物医药等领域的应用也在积极探索中。

　　由中国经济信息社研撰的该报告分析,长三角地区是目前国内石墨烯产业发展最活跃、产业体系最完善、下游应用市场开拓最迅速的地区。

　　江苏领跑石墨烯产业,技术专利申请量全国第一

　　近日,江阴市在“2018年全国企业家活动日暨中国企业家年会”上宣布,将计划投资78亿元,重点建设一个2.35平方公里的千亿级石墨烯产业园。

　　而在不久前举行的“2018石墨烯前沿技术高峰论坛”上,相关数据显示,常州已集聚各类石墨烯企业超过130家,石墨烯原材料制备企业数量占据全国的半壁江山,相关产业产值已超30亿元。

　　与此同时,在“石墨烯之父”诺贝尔物理学奖获得者安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫的深度参与下,南京鼎腾石墨烯研究院也正在快速起步,目前已设立四大研发中心、9间实验室,并孵化出多项石墨烯应用产品。

　　上述《报告》的相关数据亦显示,江苏石墨烯企业数量居全国首位,拥有常州第六元素、二维碳素、江苏同创、新纶科技、中超电缆、南京先丰纳米等一批骨干企业。

　　2017年,江苏石墨烯技术专利申请量为6379件,占全国总量的18%,位居全国第一。《报告》指出,作为国内最早进行石墨烯产业化应用的省份,江苏省已形成相对完整的石墨烯产业链,产业化进程全国领先。

　　但石墨烯作为一种新兴材料,关键技术突破难度大,技术转化瓶颈较多,总体来说还处在产业化突破前期。《报告》认为,当前我国石墨烯发展仍存在一些深层次问题,如技术专利量多质轻、下游“优材低用”问题突出、市场过度热捧概念、投融资体系仍需完善、标准研制工作相对滞后等。

　　南京鼎腾石墨烯研究院成立之初,安德烈海姆亦曾提醒,石墨烯研究仍然在起步阶段,石墨烯产品全面进入人类生产和生活,还需较长周期,对石墨烯的产业化,政府和投资者要抱有耐心;康斯坦丁诺沃肖洛夫也认为,如何将新材料转化成产品投入到商业应用中去,才是目前中国石墨烯产业真正要面临的问题和挑战。

　　实现差异化发展,长三角应加快产业应用推广

　　《报告》称,我国多省市正在对石墨烯产业进行战略布局,截至2017年底,已有20多个省市出台130余条相关政策,结合当地产业优势和特点,加快石墨烯创新中心建设。未来,我国石墨烯热点城市与产业园将不断涌现,产业将向“特色化、差异化”发展,区域分工更为明晰——北京抢占全国石墨烯研发高地,长三角加快产业应用推广,东北加强攻关原料制备等。《报告》建议,各地应加强前瞻性技术布局,优化产学研协同路径,以示范工程带动高端应用,加快标准研制规范产业环境,构建多元化投融资体系,健全高端人才保障机制,抢占未来产业竞争制高点。

　　目前,常州西太湖石墨烯小镇已率先在石墨烯粉体和石墨烯薄膜两大基础性原材料上完成布局。江阴市意欲打造的千亿级石墨烯产业园,在产业生态上也提出了“一体两翼三核心”的建设目标:“一体”即石墨烯产业服务综合体;“两翼”即上下游配套产业;“三核心”即龙头企业产业引领核心、人才集聚发挥龙头企业带动效应,打造全国性石墨烯应用产业化基地。据悉,目前产业园内一些重点企业自主研发的石墨烯防弹衣、石墨烯油水分离等技术与产品,已应用于军工、海洋装备、环保等多个领域。

　　“我国石墨烯相关企业已达4800家,上游企业产能已经很大,我们必须错位发展,在下游应用上有所突破,推动产业良性发展。”赖中平说。全国每年3000吨的石墨烯原材料产能远远大于目前的实际使用量,这场“供给侧改革”的抓手就是下游应用。

　　据介绍,南京鼎腾石墨烯研究院将依托英国曼彻斯特大学诺奖团队,在新港高新园转移转化、引进孵化多家项目公司,目前已设立再生能源及能源储存、二维散热材料、二维复合薄膜材料、可穿戴式应用等四大研发中心,并积极筹备生物材料研发中心;同时,已建成石墨烯电子信息材料、高分子复合材料、新能源组件及烯合金等9个实验室。研究院还将同步推进包括石墨烯射频天线、石墨烯电路板、石墨烯显示屏在内的多个项目的研发创新和产业化。“集成电路离不开电路板,但目前使用的还是60年前的技术,这是个年产值达2000亿元的产业,也是石墨烯产业化应用的绝好机会。”赖中平说。记者 蔡姝雯 孙庆