“神奇材料”石墨烯應(yīng)用升級(jí)

未來(lái)石墨烯發(fā)展的重要方向有兩個(gè)：一是通過(guò)大規(guī)模、高質(zhì)量、低成本的石墨烯制備技術(shù)，推動(dòng)石墨烯在能源、信息領(lǐng)域的突破性應(yīng)用;二是開發(fā)精密級(jí)的二維晶體材料，在微電子、光電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性應(yīng)用。

備受市場(chǎng)矚目的“神奇材料”石墨烯，在產(chǎn)業(yè)化方面邁出了新的步伐。近日，寧波墨西科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“墨西科技”)在全球規(guī)模最大、年產(chǎn)300噸的石墨烯生產(chǎn)線投產(chǎn)半年后，舉行首次新品發(fā)布會(huì)。

在此次發(fā)布會(huì)上，相關(guān)下游企業(yè)還報(bào)告了石墨烯在超級(jí)電容器、改性塑料、高能量鋰電池和動(dòng)力鋰電池等領(lǐng)域的最新產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用成果。這也意味著我國(guó)石墨烯應(yīng)用進(jìn)一步升級(jí)。

不過(guò)，相關(guān)專家在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，雖然企業(yè)對(duì)石墨烯熱情很高，但要想真正用好石墨烯，還需要針對(duì)石墨烯的特點(diǎn)，在應(yīng)用技術(shù)方面作進(jìn)一步的努力。同時(shí)，隨著石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，亟須國(guó)家出臺(tái)界定和檢測(cè)石墨烯的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而為石墨烯的應(yīng)用創(chuàng)造更好的環(huán)境。

生產(chǎn)技術(shù)和規(guī)模領(lǐng)先

2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫最早發(fā)現(xiàn)并揭示了石墨烯的獨(dú)特性質(zhì)。僅僅6年之后，兩人就因此榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，石墨烯也從此進(jìn)入大眾的視野。

2013年1月，歐盟委員會(huì)將石墨烯列為“未來(lái)新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目”之一，十年內(nèi)提供10億歐元資助，將石墨烯研究提升至戰(zhàn)略高度。而IBM、蘋果、三星等巨頭也分別成立了石墨烯專題研究組，將其作為未來(lái)產(chǎn)品柔性化、智能化的核心研發(fā)材料。

石墨烯的廣闊發(fā)展前景也吸引了我國(guó)相關(guān)科研院所和企業(yè)的注意。

2012～2013年，上海南江集團(tuán)先后與中科院寧波材料所、中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院簽署合作協(xié)議，各投資5億元，分別開展石墨烯規(guī)?；苽浼夹g(shù)和單層石墨烯產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)的合作。此次發(fā)布石墨烯新產(chǎn)品的墨西科技，即是上海南江集團(tuán)與中科院寧波材料所共同發(fā)起成立的公司。

據(jù)悉，此次發(fā)布會(huì)主推的產(chǎn)品為平均厚度3納米的多層石墨烯材料。據(jù)中科院寧波材料所研究員、墨西科技首席科學(xué)家劉兆平介紹，該產(chǎn)品是針對(duì)用戶使用方便及性價(jià)比的要求研發(fā)的，可廣泛應(yīng)用于鋰電池、超級(jí)電容器、高分子復(fù)合材料、導(dǎo)熱散熱膜、功能涂料、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。

據(jù)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者了解，這類石墨烯產(chǎn)品的價(jià)格已經(jīng)達(dá)到1000元/千克。劉兆平表示，這一定價(jià)充分考慮了石墨烯處于產(chǎn)業(yè)化初期的情況。“主要是為了讓下游的用戶有信心。當(dāng)他們體會(huì)到石墨烯的價(jià)值，并開始研發(fā)新產(chǎn)品的時(shí)候，價(jià)格不會(huì)是一個(gè)瓶頸。”劉兆平說(shuō)。

在石墨烯的制備方面，劉兆平表示，墨西科技已經(jīng)較好地解決了生產(chǎn)工藝的細(xì)節(jié)問(wèn)題，可以基于目前的生產(chǎn)工藝進(jìn)行復(fù)制和擴(kuò)充。同時(shí)，墨西科技的生產(chǎn)線不僅規(guī)模全球領(lǐng)先，而且還具有一系列技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

墨西科技董事長(zhǎng)特別代表茆玉寶告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，墨西科技計(jì)劃在2015年春節(jié)前后建成二期生產(chǎn)線，屆時(shí)產(chǎn)能將翻番，未來(lái)還將把產(chǎn)能擴(kuò)充至1000噸/年以上，進(jìn)一步擴(kuò)大我國(guó)在石墨烯制備技術(shù)和規(guī)模方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)用開發(fā)見成效

作為一種新興材料，應(yīng)用顯然是石墨烯發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。為推動(dòng)石墨烯的應(yīng)用開發(fā)，寧波市相關(guān)部門于2013年出臺(tái)了“石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開發(fā)”重大科技專項(xiàng)，3年共安排9000萬(wàn)元財(cái)政資金，扶持和支撐石墨烯應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者了解到，首批石墨烯應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目已經(jīng)取得了階段性成果，并成功開發(fā)出了一批石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品，為我國(guó)石墨烯的應(yīng)用作出了重要的探索。

比如在超級(jí)電容器領(lǐng)域，寧波南車新能源科技有限公司副總經(jīng)理阮殿波向記者表示，石墨烯具有巨大的比表面積和非常完整的晶體結(jié)構(gòu)，如果做成超級(jí)電容器的電極，具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性。因此，是制作超級(jí)電容器的重要材料。

據(jù)了解，該公司經(jīng)過(guò)近兩年努力，將耐高壓活性炭材料與石墨烯復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了石墨烯包裹活性炭的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了復(fù)合材料的導(dǎo)電性，降低了后期導(dǎo)電劑的用量。預(yù)計(jì)今年底或明年初，使用石墨烯的超級(jí)電容器將問(wèn)世，電容量、質(zhì)量比功率等指標(biāo)也將達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

在動(dòng)力鋰電池正極材料領(lǐng)域，寧波艾能鋰電池材料科技股份有限公司總經(jīng)理肖鋒告訴記者，通過(guò)添加石墨烯，能極大提高材料導(dǎo)電率，從而可以減少電池制作時(shí)導(dǎo)電劑的添加量，有助于提高電池容量。

在此次新品發(fā)布會(huì)上，寧波市還發(fā)布了《石墨烯技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2014~2023)》?？萍疾扛咝滤靖彼鹃L(zhǎng)胡世輝在發(fā)布會(huì)上指出，未來(lái)石墨烯發(fā)展的重要方向有兩個(gè)：一是通過(guò)大規(guī)模、高質(zhì)量、低成本的石墨烯制備技術(shù)，推動(dòng)石墨烯在能源、信息領(lǐng)域的突破性應(yīng)用;二是開發(fā)精密級(jí)的二維晶體材料，在微電子、光電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性應(yīng)用。目前科技部正在進(jìn)行“十三五”規(guī)劃的戰(zhàn)略研究，而寧波市發(fā)布的這一規(guī)劃，將是很好的參考。

如何用好還需努力

雖然我國(guó)在石墨烯材料制備和應(yīng)用探索方面已經(jīng)取得了一定的成果，但要想真正實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，仍有一系列的問(wèn)題待解決。

墨西科技研發(fā)中心主任周旭峰告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，有些應(yīng)用企業(yè)對(duì)石墨烯的理解不夠深入，簡(jiǎn)單化地把石墨烯當(dāng)成了“點(diǎn)石成金”的材料。事實(shí)上，用戶在應(yīng)用石墨烯的同時(shí)，往往還需要改變自己的生產(chǎn)工藝。

針對(duì)用戶的這一難題，中科院寧波材料所石墨烯研發(fā)團(tuán)隊(duì)和墨西科技的做法是，一方面對(duì)行業(yè)中的通用性問(wèn)題做基礎(chǔ)性的研發(fā)。記者在發(fā)布會(huì)上也了解到，墨西科技為引導(dǎo)用戶充分利用石墨烯的優(yōu)異性能，為下游用戶提供了一系列專用型石墨烯產(chǎn)品。

另一方面是成立應(yīng)用技術(shù)服務(wù)中心，幫助用戶解決應(yīng)用中的難題。具體做法是：用戶提出需求，應(yīng)用技術(shù)服務(wù)中心提出解決方案，雙方進(jìn)行對(duì)接，必要時(shí)，該中心會(huì)直接派技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。用戶那邊發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題，可以及時(shí)返回到該中心來(lái)。用戶和該中心就通過(guò)這種來(lái)回往復(fù)的方式，將石墨烯的應(yīng)用不斷向前推進(jìn)。

此外，隨著石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，對(duì)于下游的用戶企業(yè)而言，如何界定和檢測(cè)石墨烯，也是他們不得不面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題。

“材料制備得好，不代表能應(yīng)用得好。”全國(guó)納米標(biāo)委會(huì)納米材料分技術(shù)委員會(huì)秘書長(zhǎng)戴石鋒對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者說(shuō)。因此，如何對(duì)石墨烯產(chǎn)品進(jìn)行界定和檢測(cè)，還需要建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

“我們希望先從最基礎(chǔ)的物性表征來(lái)界定石墨烯材料，從而有利于下游用戶在采購(gòu)時(shí)進(jìn)行判斷和評(píng)價(jià)。這樣既能起到引導(dǎo)市場(chǎng)的作用，也能更好地推進(jìn)石墨烯這一新材料的應(yīng)用。” 戴石鋒說(shuō)。