图说:通过原子力显微镜检测出的石墨烯图像 来源/视觉中国
薄如蝉翼,却力大无比!在奇妙的物理世界里,将一层薄得只有原子厚度的碳原子平铺,就能构成了一种名叫“石墨烯”的二维晶体材料。它可是一位超越传统材料的“大力王”——断裂强度比最好的钢材还要高200倍左右;可以承受超过自身百万倍重量的压力;拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。
在荣获2010年诺贝尔物理学奖之后,它快速走出实验室。成为新材料产业的“金钥匙”。为此,上海在科创中心建设的“四梁八柱”中埋下一颗石墨烯“种子”,着力打造上海石墨烯产业技术功能型平台,破解石墨烯从基础研究到产业化难题,力争掌握前沿新材料科技创新的“金刚钻”。
“黑金” 量产遇阻
据估计,全球每年因腐蚀报废的金属设备占其产量的30%,除回收的部分外,还有10%的钢铁一去不复返。在上海石墨烯产业技术功能型平台,来自上海理工大学的杨俊和团队,正在研发转化一种石墨烯防腐涂料:利用石墨烯的高度防腐性,它能使远洋舰船一次涂装,反复使用不生锈,大大提高船舶的安全系数,降低了涂装维护成本。
石墨烯从实验室走向产业应用,被形象地称为“黑金”。除了作为金属材料“添加剂”,石墨烯还能用来生产未来的超级计算机。另外,石墨烯只吸收2.3%的光,看上去几乎是完全透明的,这使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。
虽然,全球产业和投资界都十分看好石墨烯,不过还没有哪一个国家拿出像样的石墨烯产品。瓶颈就在于量产。几乎所有的石墨烯团队都面临同一个问题:如何制备?石墨烯价格高达5000元/克,是黄金价格的数十倍,如果不能把价格降下来,大规模推广几无可能。正在建设中的上海科创中心瞄准了这项未来科技发展中难啃的“硬骨头”,致力于解决石墨烯产业化中的共性技术问题。
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“四梁八柱”之一
作为上海科创中心建设基本框架的“四梁八柱”,其顶层是张江综合性国家科学中心,“中间体”就是研发与转化功能型平台。到2020年,上海将培育形成约30家研发与转化功能型平台,研发其共性关键技术,并通过产业链上下游对接推动科技成果转化,形成产业影响力和区域辐射力。目前,上海已规划首批18个平台,石墨烯功能型平台是其中之一。
上海石墨烯产业技术功能型平台董事长孟岩博士告诉记者,平台由市科委和宝山区政府联合打造,采用市场化运作模式,由上海超碳石墨烯产业技术有限公司运营。自去年成立以来,分别与上海理工大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、上海第二工业大学的科研团队签约,启动石墨烯防腐涂料、石墨烯导电剂浆料、石墨烯导热硅脂3个实验室成果的中试项目。根据协议,平台为科研团队提供场地、设备、工程人员、资金、产学研合作牵线等支持。如果中试成功并进入产业化阶段,双方按一定比例分配收益;如果失败,中试费用全部由平台承担。
“随着溶剂型涂料逐步退出市场,石墨烯防腐涂料有很大的市场空间。”孟岩说,我国政府已出台政策,鼓励用水性涂料替代溶剂型涂料。然而,目前市场上的水性涂料防腐性能较差,给实际替代造成了困难。上海理工大学团队经过5年实验室研发的防腐性能石墨烯材料,进入平台后完成中试,终于部分攻克了量产难题,让这套工艺技术进入了工厂。
来源/视觉中国
平台穿针引线
除了鼓励高校院所团队“跨前一步”走进平台,平台也在积极吸引企业“上前一步”,响应高校院的中试转化需求。正在产业化的石墨烯导电剂浆料项目,是一种理想的储能材料。中科院上海微系统所研究员丁古巧将实验室成果带到功能型平台后,经过中试,很快实现了日产50公斤导电剂浆料的能力。经过平台穿针引线,中试产品与上海航天电源技术有限责任公司匹配成功,为某款产品定制化开发导电剂,将锂电池的容量提升了43%。不久的将来,使用石墨烯材料的新型锂离子电池、超级电容器还有望推向市场。
“促进科技成果转化,不能光靠科学家兴趣驱动,企业需求导向也很重要。”孟岩说,“希望更多的企业和基础科研可以通过我们平台,突破中试,走向量产。”与此同时,石墨烯功能型平台的功能也在不断扩充过程中,在中试研发基地的基础上,将进一步增加石墨烯应用技术中试的范围和能力,并即将建设创新实验室和分析检测中心,瞄准具有颠覆性的前瞻性技术,研发石墨烯及其应用产品的创新检测方法、检测设备等。
新民晚报记者 马亚宁
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