前沿

被稱為“黑金”“新材料之王”的石墨烯，自2010年其發(fā)明者獲得諾獎(jiǎng)后，一直被技術(shù)專家、科技公司寄予厚望。然而，關(guān)鍵技術(shù)突破難度大、技術(shù)轉(zhuǎn)化瓶頸較多，使得石墨烯產(chǎn)品還未能全面進(jìn)入生產(chǎn)和生活。如何讓石墨烯加速從實(shí)驗(yàn)室走向市場？《科技周刊》記者帶你親歷一線，近距離觀察正努力奮進(jìn)在轉(zhuǎn)化“臨界點(diǎn)”上的各石墨烯研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)園。

從實(shí)驗(yàn)室走向市場，石墨烯產(chǎn)業(yè)化正在加速

三年前，用石墨烯為原材料打印射頻天線，取代金屬鋁天線，僅僅還是一項(xiàng)遠(yuǎn)在英國曼徹斯特大學(xué)的科研成果，但現(xiàn)在，它已經(jīng)在南京開發(fā)區(qū)新港高新園落地變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)中的產(chǎn)品，并將在今年底實(shí)現(xiàn)6億片的產(chǎn)能。

在鼎騰石墨烯研究院，記者看到，石墨烯射頻天線生產(chǎn)線正在緊鑼密鼓地運(yùn)行，工作人員使用石墨烯“墨水”（導(dǎo)電漿料），結(jié)合傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)，就能在普通白紙上印刷出石墨烯射頻天線。研究院研發(fā)部張國興博士介紹，石墨烯是從普通石墨中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。由石墨烯制成的射頻天線，能夠大批量應(yīng)用在電子標(biāo)簽和無線傳感器上。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，生活中越來越多的領(lǐng)域使用到電子標(biāo)簽。這些標(biāo)簽是識(shí)別個(gè)體的身份證，從服裝、食品、日用百貨到汽車行業(yè)，幾乎無處不在。“傳統(tǒng)的電子標(biāo)簽一般以金屬鋁為原料，制造工藝不夠環(huán)保、使用壽命不夠長，石墨烯因?yàn)榫邆涑?、高?qiáng)度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、透光性極佳等特性，用它制作的電子標(biāo)簽，能從更遠(yuǎn)的距離感應(yīng)掃碼器，而且節(jié)能環(huán)保、質(zhì)地柔軟，使用壽命更是鋁制材料的3倍多。而由于石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)，石墨烯電子標(biāo)簽還具有易碎防偽功能?！睆垏d博士說。

研究院董事長賴中平博士介紹，石墨烯射頻天線從科研成果到量產(chǎn)經(jīng)歷了兩三年時(shí)間，目前，研究院孵化的項(xiàng)目公司為一些圖書公司提供圖書智能標(biāo)簽，為一些企業(yè)提供物流監(jiān)控系統(tǒng)的整套標(biāo)簽和傳感器，已初步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?！半S著制備技術(shù)成熟、產(chǎn)能擴(kuò)大、成本降低，石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)成為可能，石墨烯從實(shí)驗(yàn)室走向市場正在加速?！辟囍衅秸f。

據(jù)日前發(fā)布的《2017—2018年中國石墨烯發(fā)展年度報(bào)告》，2017年以來，隨著石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)制備工藝的進(jìn)一步突破，石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈下游企業(yè)在電子、儲(chǔ)能等領(lǐng)域的應(yīng)用已初見成效，觸摸屏、加熱膜、防腐涂料等成為企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，石墨烯在新能源汽車、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用也在積極探索中。

由中國經(jīng)濟(jì)信息社研撰的該報(bào)告分析，長三角地區(qū)是目前國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展最活躍、產(chǎn)業(yè)體系最完善、下游應(yīng)用市場開拓最迅速的地區(qū)。

江蘇領(lǐng)跑石墨烯產(chǎn)業(yè)，技術(shù)專利申請(qǐng)量全國第一

近日，江陰市在“2018年全國企業(yè)家活動(dòng)日暨中國企業(yè)家年會(huì)”上宣布，將計(jì)劃投資78億元，重點(diǎn)建設(shè)一個(gè)2.35平方公里的千億級(jí)石墨烯產(chǎn)業(yè)園。

而在不久前舉行的“2018石墨烯前沿技術(shù)高峰論壇”上，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，常州已集聚各類石墨烯企業(yè)超過130家，石墨烯原材料制備企業(yè)數(shù)量占據(jù)全國的半壁江山，相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已超30億元。

與此同時(shí)，在“石墨烯之父”諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫的深度參與下，南京鼎騰石墨烯研究院也正在快速起步，目前已設(shè)立四大研發(fā)中心、9間實(shí)驗(yàn)室，并孵化出多項(xiàng)石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品。

上述《報(bào)告》的相關(guān)數(shù)據(jù)亦顯示，江蘇石墨烯企業(yè)數(shù)量居全國首位，擁有常州第六元素、二維碳素、江蘇同創(chuàng)、新綸科技、中超電纜、南京先豐納米等一批骨干企業(yè)。

2017年，江蘇石墨烯技術(shù)專利申請(qǐng)量為6379件，占全國總量的18%，位居全國第一。《報(bào)告》指出，作為國內(nèi)最早進(jìn)行石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的省份，江蘇省已形成相對(duì)完整的石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程全國領(lǐng)先。

但石墨烯作為一種新興材料，關(guān)鍵技術(shù)突破難度大，技術(shù)轉(zhuǎn)化瓶頸較多，總體來說還處在產(chǎn)業(yè)化突破前期。《報(bào)告》認(rèn)為，當(dāng)前我國石墨烯發(fā)展仍存在一些深層次問題，如技術(shù)專利量多質(zhì)輕、下游“優(yōu)材低用”問題突出、市場過度熱捧概念、投融資體系仍需完善、標(biāo)準(zhǔn)研制工作相對(duì)滯后等。

南京鼎騰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階段，石墨烯產(chǎn)品全面進(jìn)入人類生產(chǎn)和生活，還需較長周期，對(duì)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化，政府和投資者要抱有耐心；康斯坦丁·諾沃肖洛夫也認(rèn)為，如何將新材料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品投入到商業(yè)應(yīng)用中去，才是目前中國石墨烯產(chǎn)業(yè)真正要面臨的問題和挑戰(zhàn)。

實(shí)現(xiàn)差異化發(fā)展，長三角應(yīng)加快產(chǎn)業(yè)應(yīng)用推廣

《報(bào)告》稱，我國多省市正在對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)進(jìn)行戰(zhàn)略布局，截至2017年底，已有20多個(gè)省市出臺(tái)130余條相關(guān)政策，結(jié)合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，加快石墨烯創(chuàng)新中心建設(shè)。未來，我國石墨烯熱點(diǎn)城市與產(chǎn)業(yè)園將不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)將向“特色化、差異化”發(fā)展，區(qū)域分工更為明晰——北京搶占全國石墨烯研發(fā)高地，長三角加快產(chǎn)業(yè)應(yīng)用推廣，東北加強(qiáng)攻關(guān)原料制備等。《報(bào)告》建議，各地應(yīng)加強(qiáng)前瞻性技術(shù)布局，優(yōu)化產(chǎn)學(xué)研協(xié)同路徑，以示范工程帶動(dòng)高端應(yīng)用，加快標(biāo)準(zhǔn)研制規(guī)范產(chǎn)業(yè)環(huán)境，構(gòu)建多元化投融資體系，健全高端人才保障機(jī)制，搶占未來產(chǎn)業(yè)競爭制高點(diǎn)。

目前，常州西太湖石墨烯小鎮(zhèn)已率先在石墨烯粉體和石墨烯薄膜兩大基礎(chǔ)性原材料上完成布局。江陰市意欲打造的千億級(jí)石墨烯產(chǎn)業(yè)園，在產(chǎn)業(yè)生態(tài)上也提出了“一體兩翼三核心”的建設(shè)目標(biāo)：“一體”即石墨烯產(chǎn)業(yè)服務(wù)綜合體；“兩翼”即上下游配套產(chǎn)業(yè)；“三核心”即龍頭企業(yè)產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)核心、人才集聚發(fā)揮龍頭企業(yè)帶動(dòng)效應(yīng)，打造全國性石墨烯應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化基地。據(jù)悉，目前產(chǎn)業(yè)園內(nèi)一些重點(diǎn)企業(yè)自主研發(fā)的石墨烯防彈衣、石墨烯油水分離等技術(shù)與產(chǎn)品，已應(yīng)用于軍工、海洋裝備、環(huán)保等多個(gè)領(lǐng)域。

“我國石墨烯相關(guān)企業(yè)已達(dá)4800家，上游企業(yè)產(chǎn)能已經(jīng)很大，我們必須錯(cuò)位發(fā)展，在下游應(yīng)用上有所突破，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展?！辟囍衅秸f。全國每年3000噸的石墨烯原材料產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前的實(shí)際使用量，這場“供給側(cè)改革”的抓手就是下游應(yīng)用。

據(jù)介紹，南京鼎騰石墨烯研究院將依托英國曼徹斯特大學(xué)諾獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)，在新港高新園轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化、引進(jìn)孵化多家項(xiàng)目公司，目前已設(shè)立再生能源及能源儲(chǔ)存、二維散熱材料、二維復(fù)合薄膜材料、可穿戴式應(yīng)用等四大研發(fā)中心，并積極籌備生物材料研發(fā)中心；同時(shí)，已建成石墨烯電子信息材料、高分子復(fù)合材料、新能源組件及烯合金等9個(gè)實(shí)驗(yàn)室。研究院還將同步推進(jìn)包括石墨烯射頻天線、石墨烯電路板、石墨烯顯示屏在內(nèi)的多個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化?！凹呻娐冯x不開電路板，但目前使用的還是60年前的技術(shù)，這是個(gè)年產(chǎn)值達(dá)2000億元的產(chǎn)業(yè)，也是石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的絕好機(jī)會(huì)?！辟囍衅秸f。本報(bào)記者 蔡姝雯 孫 慶