青能所研發的石墨烯動力電池。(青島市科學技術資訊研究院供圖)
石墨烯運用廣泛,從耐火材料、電極,到航空航太、軍事等高端應用,都有廣闊空間。青島是全國天然石墨三大主産地之一,且出産以工業價值最大的鱗片石墨為主,儲量約佔全國的22%,年産量約佔全國的1/3。但島城石墨産品存在“低出高進”的現狀,以資源型開採為主,高端石墨烯産品等還有很大開發空間。
石墨儲量佔全國22%
石墨烯越來越成為公眾關注的科研課題,它未來廣泛的應用前景為人們所期待。近日,記者從青島市科學技術資訊研究院獲悉,該所接受高新區的委託,從去年開始對島城石墨烯及先進碳材料的産業現狀、研究情況、前景、規劃等進行研究。
“青島有很悠久的開採石墨的歷史,解放前就有石墨礦的開採,現在東北很多石墨礦也是青島人在開採的。”青島市科學技術資訊研究院燕光譜博士介紹,石墨烯大批量的生産主要從石化産品中提煉,但高品質石墨烯還是從石墨中製備。我國已探明的石墨礦儲量佔世界總儲量的75%,産量佔世界總産量的72%。青島是全國天然石墨三大主産地之一,且出産以工業價值最大的鱗片石墨為主,儲量約佔全國的22%,年産量約佔全國的1/3。青島目前的石墨礦主要集中在萊西市和平度市,其中萊西市探明的石墨礦石品位高,産品為優質大鱗片石墨,是全國石墨産業主要生産加工基地。
可以説,青島發展石墨烯及相關産業的先天資源優勢十分明顯。
産業低端化需突破
但燕光譜介紹,島城的石墨産業一直以來比較成熟,但還停留在比較低端的加工狀態。石墨烯産值目前也還比較少,到産業化還有段距離。“石墨烯應用最主要的是在電子領域,但目前青島還主要停留在研究階段。”據介紹,目前島城石墨製備石墨烯,在工業上多用來做坩堝等耐火材料,也有做電極的,還是以資源的初級加工為主,而先進石墨加工整個中國市場都存在差距,高級産品以進口為主。
目前,德國、日本、瑞士、美國等國家高端石墨深加工企業遍佈,這些國家的石墨深加工技術已經相當成熟,基本壟斷了石墨深加工的先進技術和智慧財産權。高純石墨、核能石墨、氟化石墨、膨脹石墨、浸硅石墨、石墨衍生物等産品已經在國外形成大規模産業,而核能石墨、氟化石墨、浸硅石墨只有歐美國家才能生産,他們採用從石墨礦産輸出國低價購進石墨初加工産品經過深加工後高價返賣,賺取鉅額利潤。發達國家的碳纖維行業發展也已基本成熟,世界碳纖維生産主要集中在日本、英國、美國、法國、南韓等少數發達國家。
與高端院所高校合作
為此,島城尋求突破。青島匯集了多家材料領域研發機構,是國內重要的材料研發和生産聚集地之一。本市採取與高校、科研院所共建重點實驗室及引進技術開發中試基地等方式,大力推進産學研合作,建有海洋塗料國家重點實驗室、青島市纖維材料與現代紡織國家重點實驗室培育基地、化工與環境學院國家重點實驗室培訓基地等。“目前,青島産學研合作機制已初步形成,科技創新服務體系建設初見成效。”
眾多的科研機構、高校和企業重點實驗室促進了石墨烯及先進碳材料研發和産業化,可實現石墨烯薄膜的大面積、高品質、低成本連續生長,利用物理剝離法以高分子作為媒介也已成功分離出石墨烯,即將進入中試。另外,石墨烯在海洋防腐防污塗料、紡織品生産中的研究也已進入中試階段。無論在石墨烯製備的原材料、技術和設備,還是在複合材料、電子資訊、儲能、環保等石墨烯應用研究領域,青島都具備雄厚的科技研發實力和豐富的創新資源。
年初,島城企業青島華高墨烯科技股份有限公司在新三板上市,成為國內第三家以石墨烯産品為主營業務的上市公司。
■應用
石墨烯可用於電池輪胎
石墨烯到底是怎麼造出來的?能給我們生活帶來怎樣的改變?石墨烯最初是用透明膠帶粘出來的,透明膠帶粘上石墨,多次對折粘貼拉開,當膠帶上的石墨層薄到只有一個碳原子的厚度時,石墨層也就變成了石墨烯。
此外還可以用貴金屬沉積法,就是用溶劑溶解石墨後,讓其在金、鉑等貴金屬上沉積,但這樣的製備存在一些缺陷。工業上大批量生産會從化工産品中提煉,但是這樣做的純度不如石墨製備。
石墨烯應用廣泛,目前青能所在石墨烯電池領域的研究走在前面,島城各個大學也開展了相關的研究。華高墨烯也在開展相關的應用研究。該公司首創研發的石墨烯導靜電輪胎,利用石墨烯的導電性能能隨時導出車體靜電,汽車特別是易燃易爆品運輸車使用該輪胎,在輪胎3～5年使用壽命期內可靠消除靜電危害,杜絕靜電災難。
本報記者 李曉哲
（來源：半島網-半島都市報）
