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中國石墨烯産業“夢之隊”在崛起

  • 發佈時間:2014-12-02 01:30:45  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  ■創新驅動發展

  “這是真的嗎?真是用石墨烯做的手機?”諾獎得主康斯坦丁·諾沃肖洛夫爵士2013年2月在中國國務院發展研究中心意外收到一份稀罕之物——全球首款石墨烯觸屏手機時驚異地問道。他和其導師因研究二維材料石墨烯開創性實驗而獲2010年諾貝爾物理學獎,而僅二三年後,竟親眼所見石墨烯從實驗室走向市場的産品。

  “當然,你若不相信,請自己檢測一下吧!”贈與禮物的江南石墨烯研究院名譽理事長馮冠平笑答。後來,諾沃肖洛夫每逢遇到中國代表團訪問即會展示這一獨特的手機。這使得他2012年在《自然》上發表的石墨烯路線圖中的第一個應用——觸摸屏成為現實,恐怕這是史上諾獎成果最快的轉化。

  這款驚艷的手機出品于坐落在風景如畫西太湖畔的常州石墨烯科技産業園。那裏,正在崛起一支中國石墨烯産業“夢之隊”,刷新著一個又一個第一……

  首家石墨烯上市企業誕生

  乍一看,有神奇材料之稱、曾比黃金價格還昂貴的石墨烯貌不驚人。科技日報記者在國內首家主營石墨烯業務、常州第六元素材料科技股份有限公司展示的幾個玻璃瓶中,看到了它的黑色粉體和黛青色液態“真身”,掂量下分量很輕。當然,對於這種目前世界上最薄、僅為頭髮絲二百萬分之一的奈米材料,用肉眼無法將其一一辨清。

  美國哥倫比亞大學一個研究小組經過大量試驗,發現石墨烯是迄今為止世界上強度最大的材料。據測算,如果用石墨烯製成厚度相當於普通食品塑膠包裝袋的薄膜(厚度約100奈米),它能承受大約兩噸重物品的壓力,而不至於斷裂。同時,良好的導電性將極大地防止電化學腐蝕的發生。

  研究人員説,只將極微量石墨烯粉末添加到塗料中,其性能要遠遠超過目前市場上最好的塗料。若採用以石墨烯為主體的烯鋅型防護塗料,其耐腐蝕性能是傳統環氧富鋅底漆的4倍以上。將其應用於海上風電設備不僅優化性能,還大幅降低成本,一份石墨烯可替代傳統塗料中50份鋅粉,目前鋅粉價格每噸14000元。在分別用含有石墨烯的塗料和傳統塗料涂過的鋼板在經重擊和強化腐蝕對比試驗後,記者看到前者完好如初,呈現出非凡的抗腐蝕和抗擊打能力,而後者已經變形破損和斑駁銹蝕。

  2013年11月,第六元素向石墨烯粉體産業化進程邁出了突破性的一大步,100噸氧化石墨烯/石墨烯粉體生産線正式投産,使石墨烯生産由公斤級向噸級邁進,將大幅度降低石墨烯粉體的應用成本,主要應用於超級電容器、鋰離子電池電極材料等。相關産品獲得了德國TUV NORD IS9001石墨烯品質管理體系認證。

  今年11月12日,第六元素成功進入“新三板”上市,終結了之前國內石墨烯股只停留在概念的階段,成為這一行業首個真實股。中國石墨烯産業技術創新戰略聯盟秘書長李義春指出,這在國內推進石墨烯粉體産業化的進程上具有里程碑意義。

  從創業發展到現在的成果,對於留美博士、第六元素董事長瞿研真是始料未及。他感慨地對科技日報記者説,“當初我回國創業心裏根本沒底,因為這個行業技術門檻相當高,對國內創業環境也沒過高期望值。而真沒想到會發展得這麼快,天時、地利、人和,我趕上了海歸回國創業的好時候!”

  他説,首先,是我們用化學方法製備石墨烯的生産工藝率先被具有慧眼的時任深圳清華研究院院長馮冠平老師看中,積極説服我把這項技術帶回國進行科技成果轉化。落戶常州西太湖科技産業園後,得到了當地政府在各方面的鼎力支援,加速了創業成功。如果我仍留在美國創業,從環境、人力等因素來看,很難發展到如此規模。就連我的導師、美國德克薩斯大學奧斯汀分校著名石墨烯領域學者Rod Roff教授來第六元素考察時都讚嘆不已。

  政府搭臺、市場運作新嘗試

  短短二三年,像瞿研這樣的海歸石墨烯創新創業團隊目前在常州西太湖科技産業園已涌入15個,集聚第六元素等石墨烯及相關碳材料企業20多家。那麼,常州究竟是靠什麼吸引力法則能夠hold得住具有國際科研一線水準的石墨烯企業及人才呢?

  常州市副市長王成斌在接受科技日報記者採訪時答道,“偶然之中有必然。常州多年來致力於建設創新型生態城市,以市場為導向,大力集聚國內外創新資源走開放創新之路。我們一直都在關注跟蹤國際、國內重大的科技創新成果,選擇引進不再是‘跟從’,而是與世界同步創新發展的高新技術,網路先進的企業和英才;再有,常州本身具有發展石墨烯産業的土壤,如良好的工業基礎,在碳纖維、新材料等方面已有國內一流的産業基地。還有一個重要的因素是,我們在引進人才和項目的過程中注重發揮市場的作用。當常州在大海撈針引進人才時,剛好有二三個海外石墨烯團隊進入視線,由於這個領域尚處於世界前沿,地方政府一時無法判斷其離産業化有多遠,但是若有項目被創投和企業通過甄別看中了,我們就決定來支援。”

  在創新驅動方面,當地政府是如何發力的呢?王成斌説,“在創新初始階段,投入大、風險高,這個時候政府鼎力扶持很重要,於是,2011年5月常州市委、市政府果斷決策,由市、區、西太湖科技産業園三級財政共同出資5000萬元成立江南石墨烯研究院作為載體,採取集聚放大、協同創新的思路加速産業發展,並啟動建設了世界一流的石墨烯科技産業園——常州市石墨烯科技産業園,打造‘東方碳谷’,其將成為江蘇乃至國內最大的石墨烯産業協同創新應用示範園區。”

  企業初創,尤其需要第一桶金的支援。常州政府如同及時雨實行風險補償的資助政策。王成斌介紹説,“地方政府資助新興企業,並非完全無償,例如一個項目投入800萬,其中300萬是天使基金無償給予、200萬算借給企業(以國債利息計算三年後退出)、300萬同股同權。政府投資不為賺錢,只為支援企業創業和堅定團隊的信心。截至目前,常州已投資了109個項目。”

  園區圍繞石墨烯産業已基本形成了“政府引導、企業主體、風險補償”的投融資服務體系。碳材料專項資金每年專辟500萬元設立“助保貸”基金,用於成長期石墨烯企業銀行貸款的險補償;2012年4月,江南石墨烯研究院聯合常州西太湖科技産業園(武進經發區)管委會,領銜組建了註冊資金為8500萬元的江蘇格瑞石墨烯創業投資有限公司,為創業團隊提供資金支援。目前已對4個重點入駐項目進行了投資,額度達1475萬元;今年5月,設立三年兩億元的碳材料專項資金重點扶持石墨烯企業做強做大。圍繞石墨烯科技産業園重點平臺建設,園區已先後投資近20億元。

  據2014年全國石墨烯産業發展頂層設計論壇點評,常州石墨烯産業發展不僅速度快、産業實,而且配套好、後勁大,是全國石墨烯産業發展的“領頭羊”。

  專業性服務平臺助力成果轉化

  “人們常説科技成果轉化難,究竟難在哪呢,我認為主要‘卡’在不知如何與下游企業對接上,而我們作為全球首家從事石墨烯應用研究與産業孵化的專門機構,就是要幫助企業找到突破口,往工程化推行。”江南石墨烯研究院張朝暉院長在接受科技日報記者採訪時如是説。

  在常州西太湖科技産業園裏,起著智囊團、孵化器等作用的江南石墨烯研究院設立在一棟平實的深灰色小樓裏。據資料顯示,研究院成立三年來取得了豐碩的成果,令常州石墨烯産業發展後勁十足。其引進並培育了20多家高科技企業,産品涉及石墨烯透明導電薄膜材料、儲能器件電極材料、複合材料、散熱器件、生物醫藥等領域;取得科研成果7項,並轉化形成高性能人工石墨膜、石墨烯電容式觸摸屏、高比表面積石墨烯、石墨烯電纜和石墨烯塗料等多項産品;其與入駐企業(團隊)共申請專利123件,佔我國獲得國外相關專利的1/4,其中68%的發明專利84件、授權專利21件。

  張朝暉院長介紹説,研究院的由來特別,最初由引進戰略型新興産業回國經驗豐富的馮冠平老師帶領,看好石墨烯的無限前景,選中第六元素和二維碳素這兩支海外回國團隊,在地方政府的大力支援下,研究院便應這兩家企業而生。主要圍繞搭建平臺、引進人才、孵化企業和培育産業開展工作,為國內外的石墨烯創新團隊找到集聚之地,並把往下游發展的企業盡可能多地匯集到一起。

  他説,在孵化培育企業方面,研究院不僅授之於魚而且授之以漁,降低每一個創新團隊的經濟成本和人力成本。不單純是提供廠房,更重要的是提供專業性的細緻服務,體現在設備、試驗、檢測和能力建設等方面,甚至是科技推廣。例如,有個石墨烯塗料企業,其研發的新品一直苦於找不到有意願應用生産的企業,但經過研究院當天上午介紹,下午就有企業到府接洽,第二天便表示可以簽約合作。此外,研究院還採取類似于創新工廠的作法,跟隨團隊及項目一段時期,助力其走向市場。

  目前,研究院已建成14000平方米的集科研(含百級凈化、千級凈化、萬級凈化區域)、辦公為一體的綜合性研發基地;研發人員40名(領軍人才8人、雙聘人員7人)、博士9人、碩士31人;建有石墨烯薄膜材料、石墨烯新能源、石墨烯生物醫藥、石墨烯生長機理、石墨烯複合材料等12個專業實驗室和先進碳材料分析測試中心;擁有場發射掃描電鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、拉曼光譜儀、鐳射熱導儀、元素分析儀等檢驗檢測設備,價值2000萬元以上,獲批“江蘇省先進碳材料檢測分析測試中心”;在標準方面,獲批建立“全國鋼標準化技術委員會碳素材料分技術委員會(TC183/SC15)石墨烯工作組”。

  創新研發能力是決定著未來競爭力的法寶。研究院與在孵企業共承擔各級各類科研項目50多項,包括國家火炬計劃項目、省産業技術研究院、省戰略性新型産業平臺、省工業支撐重點項目等項目,爭取科研經費超過5000萬元。

   率先開啟石墨烯産業化大幕

  當石墨烯因諾獎“一夜成名”後,公開消息顯示,石墨烯研究已是世界上規模最大的材料科研項目,國際市場預計,這種極具開發潛力的新材料一旦量産將成為下一個萬億級産業。目前英、美、韓和日本以及歐盟高度重視,競相佈局,搶佔這片“藍海”的科技和産業制高點。

  然而,迄今在國際上石墨烯尚未形成産業化,大規模量産是世界性難題。為打造一個百億規模的特色産業,常州率先開啟了石墨烯産業化的大幕,規劃宏量製備,力推下游發展應用。

  王成斌介紹説,“當政、産、學、研、資本等都通絡後,我們重點要解決的是‘用’的難題。在産業園中對進駐的企業已精心佈局,形成上下游産業鏈,前面有製造石墨烯材料的企業:如採取氧化還原法生産的第六元素、採取化學氣相沉積法的二維碳素;後面是致力於石墨烯應用的企業,涉及航太塗料、石墨烯電容器、螢幕件、海水淡化、基因測序等領域。經過5年左右的努力,園區將實現石墨烯銷售50億元,帶動石墨烯下游相關應用産品500億元,集聚石墨烯相關企業50家、創新創業團隊超過50個,引領支撐常州先進碳材料産業的發展。”

  他説,為進一步推進産學研協同發展,2013年7月由江南石墨烯研究院、常州二維碳素等骨幹企業,和南京大學、東南大學等57家企業、院校聯合發起成立了非營利性創新組織——江蘇省石墨烯産業技術創新戰略聯盟,以石墨烯産業創新發展為主題,吸引海內外科研院所、高等院校參與,將把産業鏈、創新鏈與服務鏈的各方資源集聚在一起,大大提升常州石墨烯産業的發展能力。到目前為止,聯盟走訪會員企業60多家,提煉出一些重大課題,為晨光塗料、柏鶴塗料等企業就石墨烯在導電塗料、耐腐蝕塗料的應用提供産學研對接交流服務30次,專題組織蘇州奈米所石墨烯成果、研究院碳材料成果、石墨烯新型紡織材料成果等對接會專項活動20多次,尋找石墨烯産品與産業園相關産業合作應用的突破口,促成研究院與相關企業達成技術服務案例8個,合同金額達600萬元。

  在常州石墨烯産業發展的進程中,從創建到發展、引進企業及人才等方面起到關鍵作用的江南石墨烯研究院名譽理事長馮冠平説,當前石墨烯材料的價格雖然偏高,1噸售價約在100萬元到300萬元(取決於産品型號),而其作為一種可替代硅元素的基礎材料應用廣泛,隨著石墨烯産業下游開拓能力的提升,應用市場的打開,未來有可能使石墨烯從“黑金子”的價格賣到“白菜價”。

  他語重心長地對記者説:“目前在世界上,中國石墨烯的科研發展水準是與世界同步而語的,未來有可能起到領跑作用,現在進入了瘋狂創業時期。我現已退休,按常理可功成身退、頤享天年,但這對於一個多年從事科研的人來説是令人振奮之事,有責任擔當先行實踐的推動者。”

  不久前,英國著名科學雜誌《自然》主編專門致電馮冠平,詳細核實了常州在石墨烯方面的科研成果,爾後發表文章稱:對歐盟2011年啟動的“石墨烯旗艦計劃“的施行表示擔憂,因為歐洲雖然發表了很多石墨烯的研究論文,但未來在應用領域及産業化方面的發展中心恐怕在亞洲。

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