石墨烯為安全應急產業注入新元素

劉越山

劉忠范

當今，綠色、節能、環保的發展理念已成為全球共識，新材料作為各行各業發展的重要組成部分，已成為衡量一個國家經濟社會發展、科技進步和國防實力的重要標志。從靈巧攀爬樓梯的機器人，到無人機的救援;從新型滅火設備，到各種防汛物資的應急應用，科技正在為應急產業發展注入新的元素。這其中，應急產品中廣泛使用的新材料，功不可沒?！安诲e，你所提到的疫情期間出現的石墨烯口罩，以及正在市場走俏的石墨烯羽絨服等，這些都屬于新材料在應急產業中的應用?！敝袊茖W院院士、北京石墨烯研究院院長劉忠范日前在他的辦公室，對前來采訪的《經濟》雜志、經濟網記者這樣表示，“不過，這些應用還都屬于‘小意思，石墨烯的真正用途絕非如此簡單！”

一

劉忠范院士向記者首先科普了石墨烯的知識。石墨烯是由碳原子緊密堆積而成的二維晶體，號稱新材料之王，其無與倫比的特性吸引了全世界的目光。超薄、超輕、超柔韌、超高強度、超強導電性、優異的導熱和透光性等，既能使手機像iPad那樣擁有較大的屏幕，還能任意彎折而不破壞性能讓手機屏幕折疊裝進口袋。擁有良好柔韌性的石墨烯，還在新冠肺炎疫情期間催生出了石墨烯口罩，外界反映效果不錯。從原理上講，石墨烯的超大比表面積會顯示出強大的吸附性能，可吸附新冠病毒、霧霾顆粒物等。集透光性好、導熱系數高、電子遷移率高、電阻率低、機械強度高等多種優異性能于一身的石墨烯，在電子學、光學、儲能和傳感器等領域也有巨大的應用潛能。

石墨烯由于具有非常高的化學惰性，因此它也用作某些軍工材料或設備的涂層，更能防腐耐蝕。雖然石墨烯的密度極小，但它卻又無比堅固，可以大大減輕材料的重量，獲得極高的機械強度，可以使以往笨重的防彈衣變得像紙一樣輕薄。而石墨烯還能應用在航空航天設備中，讓航空航天設備大大減輕自身重量。而將石墨烯作為金屬材料的添加劑，如烯合金，還能大大提高合金材料的屈服和抗拉強度，在航天領域應用價值極大。而石墨烯還可以吸收微波波段的輻射，使隱形飛機更加“隱身”。美國NASA也正在研制石墨烯微型傳感器，用于航天過程中對氧氣含量的精確監測。

談起我國對石墨烯的研發及應用，劉忠范院士介紹說，中國擁有最龐大的石墨烯研究隊伍，從2011年起，中國學者發表的石墨烯相關學術論文已居世界首位，中國申請的石墨烯專利目前已占到全球總數的83%。同時，中國也在引領著石墨烯材料的產業化運動，目前全國共有41550余家企業從事石墨烯產品及其生產設備的開發，集中在石墨烯原材料、鋰離子電池導電添加劑、超級電容器、防腐涂料、電加熱和大健康產品、觸摸屏等領域。中國的石墨烯基礎研究和產業化研發已取得了巨大進步，在國際上位列“第一方隊”，走在了世界前列。

二

雖然我國石墨烯產業規模已經引領全球，但盲目發展的問題仍然存在。劉忠范院士此前到南方考察石墨烯產業時就曾指出，中國石墨烯市場“虛火太旺”。而今，依然如此。最新的統計數據顯示，目前我國有4萬多家號稱做石墨烯業務的企業，但大都是小微、初創型企業，可持續發展能力非常有限。而疫情因素也對這些石墨烯企業帶來打擊，面臨生死存亡的壓力。從石墨烯材料的規?；a能力看，粉體材料年產能達到14640余噸，薄膜年產能達740余萬平方米，國外產能加到一起也沒中國多。這是優勢，但也是挑戰之所在?！耙驗槲覀兣艿锰炝?，在產業還沒有完全發展起來的時候，產能就已經過剩了?！眲⒅曳对菏繉Υ顺錆M憂慮。

這些為數不少的石墨烯小微企業關注的都是什么呢？多是現在能“賣錢”的產品，比如內衣內褲、口罩、護腰、面膜等。對于涉及產業核心競爭力的技術，卻關注得非常少?！叭绱酥魂P注眼前，不重視長遠和未來，使得我們的關注點跟國外石墨烯產業根本不在一個‘頻道上?！眲⒅曳对菏繉Υ艘彩菓n心忡忡。

談及前段時間某汽車廠商的廣告“充電八分鐘，便跑上千公里”的石墨烯電池事件，劉忠范院士表示，這純粹是在炒概念，電池里面充當導電添加劑角色的石墨烯，其用量是很少的，多用反而會出問題，因此稱之為石墨烯電池，并不確切。他坦言，目前石墨烯市場上的許多石墨烯材料和產品，“還很不靠譜”。

據劉忠范院士介紹，當前制約石墨烯產業健康發展的問題是，有不少人誤認為進入石墨烯行當的門檻很低，并且誤以為“石墨烯時代”就在眼前。實際上，從英國的安德烈·海姆等人發表第一篇石墨烯論文至今，只有短短的18年時間，石墨烯原材料的規?；a也才剛剛開始。就現狀而言，我們仍處在產業化初級階段。但有不少認識上的誤區導致很多人盲目樂觀，盲目進入石墨烯領域。目前的石墨烯產業園建設也存在過于盲目、分散，且簡單重復，特色不清晰，所從事的大多屬于門檻很低的低端產品研發，這必然也會導致低水平的惡性競爭。特別是急功近利傾向嚴重，只關注今天能夠獲利的初級產品，輕視甚至忽視了對未來石墨烯產業核心技術的關注和投入。

從產能上看，石墨烯的粉體和薄膜目前均實現了規?；苽?，然而，石墨烯產品的生長工藝、原材料、設備甚至生產批次的不同，得到的產品質量和性能也參差不齊，且很難達到統一的標準。規?；苽鋵χ苽浼夹g的可重復性、安全性和成本等，都提出了更高的要求。

三

在世界知識產權組織（WIPO）發布的《2021年全球創新指數報告》中，中國創新能力綜合排名第12名，而2017年，中國僅僅是第22名。短短4年時間，中國創新能力突飛猛進，這些榮耀的背后是中國無數科技工作者銳意進取、迎難而上、攻堅克難、追求卓越的必然結果。北京石墨烯研究院自2018年揭牌成立以來，用工匠精神鉆研石墨烯新材料產業卡脖子技術，扎扎實實打造石墨烯產業的基石，不但打造了一支實力強大的涵蓋基礎研究、工藝開發和裝備制造的石墨烯研發團隊，也創造了多項全球引領的石墨烯材料規?；苽浼夹g，形成了一批自主開發的制備與檢測裝備，在石墨烯材料特種領域應用和產品化、市場化方面也取得重要突破，有一批“殺手锏”的產品和技術應用，涵蓋通用和特種材料、航空器和風電葉片除冰、航空輪胎、新一代LED發光器件、電熱產品等一系列應用。在機制設計上，他們的“研究院”+“公司”一體兩翼的機制設計是取得快速發展的機制保障，作為一個全新的產學研協同創新模式，“定制化”的“研發代工”，對企業產生了很強的吸引力，成為對接企業技術升級需求、共同打造引領世界的石墨烯材料生產基地。更重要的是，它由市場需求牽引，有效解決了科技經濟“兩張皮”的問題，為研究院科技研發提供了市場牽引、為科技成果轉化提供了落地通道，也為公司長遠發展提供了持續的技術創新動力和技術支撐。

劉忠范院士表示，北京石墨烯研究院成立以來，立足國家發展大局，瞄準科技前沿，以工匠精神鉆研石墨烯新材料產業卡脖子技術，推動石墨烯產業化發展進入深水區。目前已取得200多項發明專利，創造了多項引領全球的石墨烯材料規?；苽浼夹g及產品，A3尺寸通用石墨烯薄膜、超潔凈石墨烯薄膜、4英寸石墨烯單晶晶圓、6英寸石墨烯單晶晶圓、石墨烯玻璃纖維、烯碳/芳綸復合纖維等產品，廣受市場好評。

目前他們的超潔凈石墨烯材料，為全球獨家，他們正努力在制備和材料應用上發力，“大家都在做，我們就要做得最好！我們將繼續創新機制、融通資源，以工匠精神，鍥而不舍地解決石墨烯產業‘卡脖子技術問題，加快推動成果轉化，著力打造國際一流的新型研發機構和引領世界的石墨烯產業高地?！?h3>四

時光倒流，1984年10月，懷揣著對化學濃烈興趣的劉忠范在母親的支持下，開啟了東渡日本的近10年留學生活，先后在日本橫濱國立大學、東京大學獲得碩士、博士學位，并在東京大學和日本分子科學研究所做博士后。1991年，劉忠范遇到了至今被他稱為伯樂的人——北京大學化學系教授蔡生民先生。蔡教授數次向他發出回國工作的邀請。彼時的中國，科研條件還落后許多、還處在科技騰飛的前夜，但劉忠范毅然選擇了回到祖國。如今，作為十三屆全國政協常委、九三學社中央副主席，劉忠范還曾多次就全國石墨烯產業的發展情況到全國各地進行調研，考察企業，走訪市場，對我國石墨烯產業的許多深層次思考報告，得到國家領導層的重視。BCCD9F51-A085-4888-9611-A9CB99474AD9