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13

2023

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追逐“烯”望之路 让“石墨烯+”照进现实

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11月7日,国家工信部发布消息,批复组建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等3家国家制造业创新中心。这意味着位于宁波的石墨烯创新中心由省级制造业创新中心升格至国家级,成为国内石墨烯领域唯一的国家制造业创新中心,也是全省首个国家制造业创新中心。

 

近年来,我国石墨烯产业快速发展,但仍存在研发成本高、核心技术攻关难、产业化应用进程缓慢等问题,为解决制约我国石墨烯产业发展瓶颈,国家石墨烯创新中心将扛起石墨烯产业高质量发展的大旗,加快打通石墨烯产业链上下游通道,让“石墨烯+”照进现实。

 

 
 
前瞻谋划   追梦石墨烯

 

“世纪神奇材料”“黑金”“新材料之王”……集众多美誉于一身的石墨烯,究竟为何物?这一疑问,在国家石墨烯创新中心得到了解答。

 

石墨烯是从石墨剥离出来、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厚度最薄的新材料,厚度只有头发丝的二十万分之一。“石墨烯来源于石墨,又不同于石墨。”国家石墨烯创新中心主任刘兆平这样比喻,“如果说石墨是一本书,那么石墨烯就是其中一页纸。”

 

不同于许多传统材料仅在某一方面具有性能优势,石墨烯集合了超高强度、超高导电性、超高导热性、超高比表面积与高透光率等众多优异性,在新能源、电子信息、数据通信、节能环保、石油化工、航空航天等领域拥有无限可能。

 

基于石墨烯优异的性能、广阔的市场前景和潜在的巨大经济效益,石墨烯行业的发展也越来越得到国家重视。近年来,宁波一直引领着中国石墨烯产业应用领域的发展。2013年启动“石墨烯产业化应用开发”重大科研专项,2017年石墨烯产业三年攻坚行动计划发布……

 

2017年,石墨烯创新中心获批同意组建浙江省首批制造业创新中心。同年,由中科院宁波材料所牵头并联合我国石墨烯行业骨干企业、产业链上下游企业、国有资本、社会资本等十余家股东单位共同出资成立了浙江省首批制造业创新中心的运行主体——宁波石墨烯创新中心有限公司。

 

刘兆平介绍,创新中心聚焦国家重大需求和产业发展需求,围绕石墨烯材料制备及产业化应用关键共性技术,制定了石墨烯产业技术路线图。按照石墨烯产业技术路线图,创新中心发挥区域制造业创新中心担当,建设行业关键共性技术研发能力,遴选适配技术创新人才,购置设备搭建试验线,深度推动产业难题攻克,规划布局了近20个重点研发项目。

 

 
 
持续聚焦 深耕“石墨烯 +”

 

一项技术从实验室到工业化量产,道阻且长。科研院所主要开展基础研究,但企业需要技术成熟度高、马上可投入产业化的技术。如何打通应用基础研究和产业化连接的通道?创新中心可发挥重要作用。

 

创新中心开展技术成熟度4—7级的关键共性技术研发,以及引领未来产业发展的基础前沿技术研发,衔接科研院所基础研究的技术和成果,实现产学研用资深度融合。“创新中心可提供中试场地、设备及所需资金,形成可产业化的技术,向有需求的企业进行技术转移扩散,最终让石墨烯技术实现商业化应用。”刘兆平说。

 

中科院宁波材料所科研团队致力于研发高性能石墨烯复合催化剂及空气阴极技术,但始终未进入产业化阶段。2018年,该科研团队在创新中心立项,创新中心为其提供中试场地、中试设备、研发人员等,有力促进了技术研发及成果转化。一年后,中铝集团、中科院宁波材料所和创新中心等共同发起成立宁波烯铝新能源有限公司,开展石墨烯铝燃料电池科研成果产业化。如今,盐水灯、1000瓦72小时铝燃料应急电源等多款产品不仅供应国内,也已出口至日本、泰国与印度等国家。

 

在刘兆平看来,如今创新中心挂上“国字号”招牌,不仅仅因为其产业化发展前景。目前,石墨烯有两种存在形态:粉体和薄膜,而创新中心在这两种形态石墨烯的量产技术上处于全国乃至世界领先地位。

 

2017年,由中科院宁波材料所和创新中心联合孵化的宁波柔碳电子科技有限公司已建成半米宽幅、千米级长度的石墨烯薄膜卷对卷中试生产线,成为全球首家实现大宽幅石墨烯薄膜卷材生产的企业。时至今日,柔碳科技仍是全国唯一的大宽幅石墨烯薄膜卷材制造商。

 

凭借大宽幅、长连续、低成本的技术优势,石墨烯薄膜已实现高功率导热、超导电铜石墨烯复合材料,柔性透明导电膜等多种应用,在煤改电、高性能电机、柔性电子等领域具有非常广阔的市场。柔碳科技董事长汪伟介绍,石墨烯薄膜卷材用于制造高导电石墨烯铜基复合材料,在轨道交通和新能源汽车的电机领域,可实现显著减重节能的作用;用于制造高温高功率的石墨烯加热膜和加热板,在“煤改电”、新能源汽车、家电厨电等领域前景看好。

 

以石墨烯作为主要材料的超级电容器,30秒便可完成一辆公交车充电,续航近6公里;加入了石墨烯涂层的护目镜、滑雪镜等,解决了在湿度大、温度低环境中易起雾的问题;用石墨烯面料制成的衣物,具有抗菌、防静电功能,保温性能可提升6℃—8℃……在创新中心展示大厅,一件件科技感十足的产品,见证着“石墨烯+”大有可为。

 

 
 
引领创新   赢得石墨烯未来

 

2025年,高质量完成石墨烯制造业创新中心创新能力建设;2028年,建设成为具有国际影响力的国家石墨烯创新中心;2031年,建设成为引领全球石墨烯产业发展的国家制造业创新中心……这是创新中心对于未来的豪情壮志。

 

刘兆平告诉记者,纵观全球,未来十年对石墨烯产业发展具有决定性意义:决定谁主导引领全球石墨烯市场,进而影响国家间的核心竞争力;决定石墨烯的应用发展水平能否深刻改变人类生活。同时,石墨烯也将成为我国抢占未来科技竞争制高点的重要抓手之一,助力实现我国未来在高科技领域的领先地位。

 

因此,国家石墨烯创新中心将打造石墨烯领域的国家级产业技术创新平台、产业协同创新平台和产业发展服务平台,深入带动国内石墨烯相关企业、科研院所、高校等主体协同创新,以重点领域关键共性技术的研发供给、转移扩散和首次商业化为重点,完成从共性技术研发到技术转移扩散和首次商业化的创新链、产业链关键活动,打通石墨烯产业关键环节,打造跨界协同的创新生态系统。

 

此外,针对我国芯片技术痛点、难点、堵点问题,基于石墨烯,创新中心正布局研发速度更快、功耗更低的新一代碳基芯片技术,旨在打破现有硅基芯片技术的国外垄断格局,建立完全自主的碳基芯片技术体系,领跑芯片产业新赛道,掌握未来科技竞争的主动权。

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