為期半個月的2016年全國“兩會”剛剛落下帷幕,兩會上,石墨烯產業的發展與應用成為代表委員們關注的焦點,以石墨烯為代表的新材料數份議案提案被提交至人大和政協會議上。
石墨烯首次成代表委員關注焦點
今年兩會上,國務院總理李克強向大會作政府工作報告,報告中有多處與新材料行業直接或間接的表述。
“我們歷時多年攻關,從玉米芯中提取石墨烯,將石墨烯與玉米芯纖維復合生產出內暖纖維,進而推出石墨烯‘內暖’纖維產品。”全國人大代表、濟南圣泉集團股份有限公司董事長唐一林向記者表示,這種紡織產品因加入了石墨烯材料,具有低溫遠紅外、抗菌抑菌、抗靜電等多種功能。
全國政協委員、清華大學化學系教授李景虹于3月6日在接受媒體采訪時表示,秸稈中提取石墨烯是創新之舉。一方面利用農廢產品加工變廢為寶,減少了秸稈焚燒對環境的破壞;另一方面解決了用于紡織的石墨烯大規模生產問題。李景虹多年從事化學、材料學研究。以他為第一完成人的“石墨烯的電分析化學和生物分析化學研究”榮獲“2015年度國家自然科學獎二等獎。”
石墨烯材料用于紡織品,意味著這種“新材料之王”走進了百姓生活。
經過盤點本屆兩會關于石墨烯的議案提案,我們發現代表委員都聚焦在石墨烯的標準制定、產業快速健康發展、產業應用等方面。在石墨烯應用方面,早在2015年的兩會上,國內從事石墨烯研發與應用最早企業北京碳世紀科技有限公司就呼吁,加大石墨烯發動機油節能改進劑扶持和推廣力度。這一建議的提出源自于碳世紀自主研發的中國首款石墨烯發動機油節能改進劑——“碳威”。在碳世紀技術團隊看來,石墨烯發動機油節能改進劑項目的成功實施與深入推廣,將能夠為國家節省大量的石油資源,減少大量的汽車尾氣污染,節約各類能源,緩解原油進口壓力,并能夠擴大就業,助推石墨烯產業鏈良性發展。
經實驗證明,使用石墨烯發動機油節能改進劑的汽車(包括汽油車和柴油車),最多能夠節省17%以上的油耗,平均節省7-8%以上的油耗。節省5%以上的燃油,這就意味著我國的能源能夠至少節省5%的成品油、減少5%的原油進口。石墨烯作為新材料中最受關注的產品,不僅體現在今年“兩會”上。以石墨烯為代表的新材料已經納入“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃中。去年以來,隨著石墨烯產業化的提速和政策扶持力度的加大,我國已形成多個石墨烯產業集群,并不斷壯大。
“改變未來世界”的新材料
石墨烯是什么?石墨烯又叫二維碳材料,是一種納米材料。它雖然僅僅只有一個原子的厚度,但它卻比鋼鐵強韌200倍,同時它又有很好的彈性,以及很好的導電性。因此它既是最薄的材料,也是最強韌的材料,拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。外界認為,石墨烯是燃料電池、飛機機翼、凈水科技、以及更加方便耐用的電池等諸多領域的理想材料。
2010年10月5日,諾貝爾物理學獎授予了英國曼徹斯特大學的科學家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫,以表彰他們在石墨烯材料研究方面的卓越貢獻。自此,石墨烯以其“神奇”的特性和廣泛的用途而為各界稱道,被稱為“改變未來世界”的材料。
李景虹認為,石墨烯之所以被稱為“改變21世紀的材料”,因為它兼具多種獨特性能。比如,石墨烯具有超高的導電性,遷移率是硅的100倍;導熱性能優于碳納米管,有望成為未來超大規模納米集成電路的散熱材料;具有比金剛石還堅硬、是鋼鐵100倍的機械強度;極高的透光率;極高的比表面積,有望成為潛力巨大的儲能材料等。
“石墨烯的問世也催生出多家公司,這些公司都在努力挖掘這種材料所蘊含的商業價值,同時,石墨烯也成為嗅覺靈敏的資本市場的投資標的,大量資金相繼涌入石墨烯概念公司,引發了第一輪石墨烯投資熱潮。”與會專家認為,石墨烯新的投資熱潮已經開始形成。
根據MarketsandMarkets發布的“2020年全球石墨烯市場趨勢和預測”最新報告顯示,到2020年全球石墨烯市場預計將達2.78億美元,2015-2020年期間,增長率達42.8%。
事實上,中國早已是目前石墨烯研究和應用開發最為活躍的國家之一。
北京將打造國際石墨烯創新中心
目前,北京中關村豐臺園正在打造國際石墨烯創新中心,依托與英國國家物理實驗室(NPL)以及國際產學研團隊的合作,先期啟動四項國際標準檢測實驗室的建設;依托與中國產學研合作促進會的戰略合作,整合我國高校和科研院所的科技條件資源;依托標準化研究和檢測計量機構的專業指導,共同建設我國石墨烯檢測計量平臺和石墨烯公共服務平臺。
據了解,北京碳世紀科技有限公司是中關村豐臺園重點企業,碳世紀擁有石墨烯宏量制備技術和能力,致力于石墨烯下游應用技術的研究開發,目前已建成兩條年產噸級的示范生產線,石墨烯產品種類包括粉體和溶液,規格按片徑大小區分從一百納米到幾百微米不等,并且實現了為不同應用定制生產。
今年1月以來,北京新材料發展中心、中關村管委會、中國科技館有關負責人相繼來到中關村豐臺園,參觀了碳世紀在石墨烯領域的重大應用成果。碳世紀公司徐亭博士分別就碳世紀發現石墨烯材料的“光致電推動”現象、中國首款石墨烯發動機油節能改進劑“碳威”和世界首條單層石墨烯示范生產線正式建成做了講述和演示。
“十三五”規劃統籌石墨烯產業發展
“石墨烯在觸摸屏、電子器件、儲能電池、傳感器、半導體、航天、生物醫藥等領域擁有廣闊的應用前景。”李景虹說,“但是石墨烯材料從整體上尚處于研發階段,在不同領域產生具體產品的時間有早有晚。有的可能三到五年,也有的可能幾十年。”
全國政協委員、中國科學院院士高鴻鈞曾表示,石墨烯在未來電子器件上具有誘人的應用前景,被看做是石墨烯研究最可能突破、實現產業化的領域,成為國際上的研究熱點和競爭焦點。
“我們課題組長期關注生物分析方法和生物傳感的研究,2007年開始就把石墨烯引入生物分析領域。經過持續探索,我們揭示了石墨烯電化學和電分析化學的基本規律,發展了石墨烯生物分析的新方法和研制了新型石墨烯生物傳感。未來的石墨烯傳感器可以用于醫療領域的血糖、前列腺癌癥標志物的高精度檢測。”李景虹說。
新一輪產業升級和科技革命大背景下,新材料產業成為未來高新技術產業發展的基石和先導。目前,英國、美國、韓國等多國正著手推動石墨烯產業化。我國是石墨烯研究和應用開發最為活躍的國家之一,2015年出臺《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》,并在全球率先啟動了石墨烯國家標準制定工作。
“雖然前景光明,但存在的問題也不少。”在唐一林看來,我國石墨烯產業化發展還存在規?;苽潢P鍵性技術和成套裝備亟待完善,材料應用開發嚴重滯后,有影響力的企業很少參與,一些企業熱炒概念,忽視知識產權建設和保護等問題。
“十三五”規劃綱要草案在戰略性新興產業發展行動專欄中提出,要大力發展形狀記憶合金、自修復材料等智能材料,石墨烯、超材料等納米功能材料。
唐一林建議,推進意見的穩步落實,加快國標制定,在“十三五”規劃中統籌石墨烯產業發展,指導相關地區因地制宜制定本地區石墨烯產業發展規劃,促進上下游聯動,避免低水平重復。
據了解,在國家戰略指引下,我國石墨烯研發、專利持有以及產業化進程均已在全球占據一席之地,申請專利數量占達全世界的40%。業界普遍認為,本次中國國際石墨烯大會有望再次聚焦了石墨烯產業發展,而工信部或將石墨烯寫入“十三五”規劃,更開啟了石墨烯億萬產業大門。
今年的全國政府工作報告提出,鼓勵企業開展個性化定制、柔性化生產,培育精益求精的工匠精神。作為一家極具創新、工匠精神的碳世紀,從創始至今,不論是實驗,還是工業制備石墨烯,一直秉承實事求是的科學態度,保證石墨烯的純度和質量,這對于石墨烯行業具有一個劃時代的意義。
“可以猜想,新一輪的石墨烯熱潮即將來襲。相信下一個十年將是石墨烯加速發展、走向大規模應用的十年”業內人士對石墨烯未來發展充滿了期待。