追逐“烯”望之路讓“石墨烯+”照進現實

文|本刊記者 姚穎超

2022年11月7日，國家工信部發布消息，批復組建國家石墨烯創新中心、國家虛擬現實創新中心、國家超高清視頻創新中心等3家國家制造業創新中心。這意味著位于寧波的石墨烯創新中心由省級制造業創新中心升格至國家級，成為國內石墨烯領域唯一的國家制造業創新中心，也是全省首個國家制造業創新中心。

近年來，我國石墨烯產業快速發展，但仍存在研發成本高、核心技術攻關難、產業化應用慢等問題。為解決制約我國石墨烯產業發展瓶頸，國家石墨烯創新中心將扛起石墨烯產業高質量發展的大旗，加快打通石墨烯產業鏈上下游通道，讓“石墨烯+”照進現實。

前瞻謀劃 追夢石墨烯

“世紀神奇材料”“黑金”“新材料之王”……集眾多美譽于一身的石墨烯，究竟為何物？這一疑問，在國家石墨烯創新中心得到了解答。

石墨烯是從石墨剝離出來、由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維材料，是迄今為止在自然界中發現的厚度最薄的新材料，厚度只有頭發絲的二十萬分之一。“石墨烯來源于石墨，又不同于石墨。”國家石墨烯創新中心主任劉兆平這樣比喻，“如果石墨是一本書，那么石墨烯就是其中一頁紙。”

不同于許多傳統材料僅在某一方面具有性能優勢，石墨烯集合了超高強度、超高導電性、超高導熱性、超高比表面積與高透光率等眾多優異性，在新能源、電子信息、數據通信、節能環保、石油化工、航空航天等領域擁有無限可能。

基于石墨烯優異的性能、廣闊的市場前景和潛在的巨大經濟效益，石墨烯行業的發展也越來越得到國家重視。近年來，寧波一直引領著中國石墨烯產業應用領域的發展。2013年啟動“石墨烯產業化應用開發”重大科研專項，2017年發布石墨烯產業三年攻堅行動計劃……

2017年，由中科院寧波材料所牽頭組建的寧波石墨烯創新中心有限公司成立。該公司聯合我國石墨烯行業骨干企業、產業鏈上下游企業、國有資本、社會資本等32家股東單位共同出資成立。同年，石墨烯創新中心獲批組建浙江省首批制造業創新中心。

劉兆平介紹，創新中心聚焦國家重大需求和產業發展需求，圍繞石墨烯材料制備及產業化應用關鍵共性技術，制定了石墨烯產業技術路線圖。按照石墨烯產業技術路線圖，創新中心發揮區域制造業創新中心擔當，提升行業關鍵共性技術研發能力，遴選適配技術創新人才，購置設備搭建試驗線，深度推動產業難題攻克，規劃布局了19個重點研發項目。

持續聚焦 深耕“石墨烯+”

一項技術從實驗室到工業化量產，道阻且長。多數科研院所承擔基礎性研究，但企業需要技術成熟度高、馬上可投入產業化的技術。如何打通應用基礎研究和產業化連接的通道？創新中心可發揮重要作用。

創新中心開展技術成熟度4—7級的關鍵共性技術研發，以及引領未來產業發展的基礎前沿技術研發，銜接科研院所基礎研究的技術和成果，實現產學研用資深度融合。“創新中心可提供中試場地、設備及所需資金，形成可產業化的技術，向有需求的企業進行技術轉移擴散，最終讓石墨烯技術實現產業化應用。”劉兆平說。

中科院寧波材料所科研團隊致力于研發高性能石墨烯復合催化劑及空氣陰極技術，但始終未進入產業化階段。2018年，該科研團隊在創新中心立項，創新中心為其提供中試場地、研發人員、大型設備等，促進研發及成果轉化。一年后，中鋁集團、中科院寧波材料所和創新中心等成立寧波烯鋁新能源有限公司，開展石墨烯鋁燃料電池科研成果產業化。如今，鹽水燈、1000瓦72小時鋁燃料應急電源等多款產品不僅供應國內，也已出口至日本、泰國與印度等國家。

在劉兆平看來，創新中心掛上“國字號”招牌，不僅僅因為其產業化發展。目前，石墨烯有兩種存在形態：粉體和薄膜，而創新中心在石墨烯的量產技術上處于全國乃至世界領先地位。

2017年，由中科院寧波材料所和創新中心聯合孵化的寧波柔碳電子科技有限公司已建成半米寬幅、千米級長度的石墨烯薄膜卷對卷中試生產線，成為全球首家實現大寬幅石墨烯薄膜卷材生產的企業。時至今日，柔碳科技仍是全國唯一的大寬幅石墨烯薄膜卷材制造商。

憑借大寬幅、長連續、低成本的技術優勢，石墨烯薄膜已實現高功率導熱、超導電銅石墨烯復合材料、柔性透明導電膜等多種應用，在煤改電、高性能電機、柔性電子等領域具有非常廣闊的市場前景。柔碳科技董事長汪偉介紹，石墨烯薄膜卷材用于制造高導電銅石墨烯復合材料，在軌道交通和新能源汽車的電機領域，可實現顯著減重節能的作用；用于制造高溫高功率的石墨烯加熱膜和加熱板，在“煤改電”、新能源汽車、家電廚電等領域前景看好。

以石墨烯作為主要材料的超級電容器，幾十秒便可完成一輛公交車充電，續航近十幾公里；加入了石墨烯涂層的護目鏡、滑雪鏡等，解決了在濕度大、溫度低環境中易起霧的問題；用石墨烯面料制成的衣物，具有抗菌、防靜電功能，保溫性能可提升6℃—8℃……在創新中心展示大廳，一件件科技感十足的產品，見證著“石墨烯+”大有可為。

引領創新 贏得石墨烯未來

2025年，高質量完成石墨烯制造業創新中心創新能力建設；2028年，建設成為具有國際影響力的國家石墨烯創新中心；2031年，建設成為引領全球石墨烯產業發展的國家制造業創新中心……這是創新中心對于未來的豪情壯志。

劉兆平告訴記者，縱觀全球，未來十年對石墨烯產業發展具有決定性意義：決定誰主導引領全球石墨烯市場，進而影響國家間的核心競爭力；決定石墨烯的應用發展水平能否深刻改變人類生活。同時，石墨烯也將成為我國搶占未來科技競爭制高點的重要抓手之一，助力實現我國未來在高科技領域的領先地位。

因此，國家石墨烯創新中心將打造石墨烯領域的國家級產業技術創新平臺、產業協同創新平臺和產業發展服務平臺，深入帶動國內石墨烯相關企業、科研院所、高校等主體協同創新，以重點領域關鍵共性技術的研發供給、轉移擴散和首次商業化為重點，完成從共性技術研發到技術轉移擴散和首次商業化的創新鏈、產業鏈關鍵活動，打通石墨烯產業關鍵環節，打造跨界協同的創新生態系統。

此外，針對我國芯片技術痛點、難點、堵點問題，基于石墨烯，創新中心正布局研發速度更快、功耗更低的新一代碳基芯片，旨在打破現有硅基芯片技術的國外壟斷格局，建立完全自主的碳基芯片技術體系，領跑芯片產業新賽道，掌握未來科技競爭的主動權。