得天獨厚的北京石墨烯產業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展方向解讀
2017年1月14日,北京市市長蔡奇在政府工作報告中提出,作為北京全國科技創(chuàng)新中心建設戰(zhàn)略的組成部分,要布局石墨烯等基礎前沿研究。
本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/201702/343930.htm繼2004年英國曼徹斯特大學Andre Geim 和 Kostya Novoselov 成功從石墨上剝離石墨烯并于2010年獲得諾貝爾物理學獎,石墨烯用了短短數(shù)年的時間便完成了從登上歷史舞臺到走進公眾視線的過程。
學術界、產業(yè)界、金融界甚至各國政府都對這種二維蜂窩結構單原子層碳材料寄予厚望。由于其具有最薄、最大比表面積、最硬、最抗拉等諸多史上最強性質和高導電導熱、生物兼容性、類催化劑能等獨特性質,在眾多領域都可以得到應用。
一、我國石墨烯產業(yè)發(fā)展概況
中國石墨烯及相關產業(yè)在國家政策的引導,投資項目的助推,企業(yè)轉型的迫切需求的三重動力促進下發(fā)展迅速。
“十二五”期間,石墨烯等新材料產業(yè)已被作為重要的戰(zhàn)略新興產業(yè)。我國陸續(xù)為石墨烯相關項目給予政策支持、資金扶助,并通過產業(yè)聯(lián)盟等組織,助力石墨烯在技術路線、標準戰(zhàn)略、專利布局、國際合作等方面加速發(fā)展,“十三五”規(guī)劃中更是加大對于石墨烯等新材料的政策偏移與投入,各地方政府根據(jù)國家總體規(guī)劃紛紛出臺各地配套政策與措施,推進石墨烯科技研究與產業(yè)化進程。目前我國石墨烯的研究依然以各高校和科研院所為主力,包括清華大學、北京大學、國家納米中心、中國科學院金屬研究所、中國科學院寧波材料技術與工程研究所(以下簡稱“中科院寧波材料所”)、江南石墨烯研究院等,主要研究方向為石墨烯的高效、綠色制備,以及石墨烯在各個功能領域的應用(見表1),眾多研究成果占據(jù)了我國絕大部分的石墨烯文章發(fā)表和專利申請數(shù)量,為石墨烯未來的發(fā)展奠定了堅實的技術基礎。產業(yè)方面,目前我國已成為世界首屈一指的石墨烯生產大國,現(xiàn)有以寧波墨西科技有限公司、重慶墨希科技有限公司、鴻納(東莞)新材料科技有限公司等知名石墨烯生產廠家為首的大量石墨烯生產企業(yè)浮出水面,根據(jù)公開報道我國石墨烯產能已達到萬噸級。
資金推動方面,以各地方政府的科技經費支持為引導,大量社會資本投入主要支撐石墨烯產業(yè)的發(fā)展。東旭光電、烯碳新材等眾多上市企業(yè)以及中建材集團、中國石油等老牌央企國企,另有華為等行業(yè)巨頭。諸多方面的資本力量投入在很大程度上刺激了石墨烯行業(yè)的飛速擴張,為石墨烯創(chuàng)業(yè)企業(yè)孵育以及傳統(tǒng)材料企業(yè)轉型提供原動力。
二、北京石墨烯及相關領域發(fā)展研究
北京作為全國科技創(chuàng)新中心,擁有豐富科技資源,是全國石墨烯研究綜合實力最強的地區(qū)。北京聚集了諸如清華大學、北京大學、中國航空發(fā)動機集團公司北京航空材料研究院、國家納米科學中心、北京理工大學、北京航空航天大學、北京化工大學、中國航發(fā)北京航空材料研究院等一批進行石墨烯研究的科研院所,其院所數(shù)量及研究人員數(shù)量占全國半數(shù)以上。同時,北京在海淀、懷柔、大興、豐臺等地的創(chuàng)新科技園擁有完整的企業(yè)孵化服務體系,幫助產業(yè)落地、成果轉化,將實驗室中的技術擴大應用,孵育出一批活躍的創(chuàng)業(yè)企業(yè)。
北京市科委在石墨烯領域也進行了長期布局,從“十二五”初期起即布局了相關科技項目,累計投入科技經費數(shù)千萬元,重點支持了石墨烯改性復合材料、石墨烯薄膜材料,以及石墨烯相關電子器件的研發(fā)。
科技研發(fā)方面,北京聚集了眾多業(yè)內頂尖優(yōu)秀團隊,包括北京大學劉忠范院士團隊、中國科學院化學研究所劉云圻院士團隊、清華大學魏飛團隊、北京化工大學戴黎明團隊等數(shù)十個由各大高校院所院士、教授帶領的團隊(見表2),擁有10家石墨烯領域重點實驗室和工程技術中心,在低成本高質量石墨烯批量制備、石墨烯復合材料、透明導電薄膜及超級電容器制備等領域研發(fā)實力和技術水平國內領先,單晶石墨烯薄膜制備、石墨烯玻璃、石墨烯海水淡化膜等技術國際領先。強大的技術攻關能力為北京市石墨烯發(fā)展提供了厚實的技術儲備和未來探索潛能。
產業(yè)化方面,受京津冀一體化疏解北京非首都功能影響,北京市的一般制造業(yè)逐步外遷,重點發(fā)展“高精尖”產業(yè)。北京現(xiàn)有石墨烯企業(yè)基本為新創(chuàng)企業(yè),規(guī)模不大,但在石墨烯應用方面各有特色優(yōu)勢。
例如,北京旭碳新材料科技有限公司是東旭光電旗下全資子公司,主要產品為石墨烯散熱材料、石墨烯鋰離子電池負極材料等應用產品。擁有來自北京理工大學的高端技術團隊作為技術支撐;北京碳世紀科技有限公司入駐豐臺科技園,主要產品為單層石墨烯粉體、潤滑油添加劑、超級電容等,其在常州已建成噸級石墨烯材料示范線,并且添加劑產品“碳威”已形成規(guī)模銷售;入駐懷柔科技產業(yè)園的北京北方國能科技有限公司,專注于石墨烯/碳納米管雜化材料的研制和生產,擁有來自清華大學的頂尖科研團隊,已有南車集團、中國航天科工集團等意向客戶。此外,北京還有北京豐泰新材料檢測院有限公司(以下簡稱“豐泰檢測院”)這類專司石墨烯標準檢測計量與應用服務的專業(yè)服務機構。豐泰檢測院與英國NPL開展戰(zhàn)略合作,使用NPL檢測設備及技術,作為NPL的窗口企業(yè),正在進行檢測與服務平臺建設。
國務院于2016年9月18日印發(fā)《北京加強全國科技創(chuàng)新中心建設總體方案》,明確了北京加強全國科技創(chuàng)新中心建設的總體思路、發(fā)展目標、重點任務和保障措施。方案指出要重點突破石墨烯材料等一批關鍵共性技術,引領支撐首都“高精尖”經濟發(fā)展。北京在石墨烯領域將進一步聚焦石墨烯技術創(chuàng)新,發(fā)揮技術源頭作用,并結合完善的創(chuàng)業(yè)服務體系及金融資源為石墨烯領域培育重點企業(yè)。
目前北京市科學技術委員會(以下簡稱“北京市科委”)在石墨烯領域開展了如下舉措:
一是率先啟動北京市石墨烯科技創(chuàng)新專項。北京市石墨烯科技創(chuàng)新專項計劃將撥出專門經費持續(xù)支持石墨烯技術重大原創(chuàng)性突破與高端應用,兼顧基礎前沿與產業(yè)技術創(chuàng)新并行,力爭在石墨烯材料制備及應用等領域取得重大突破,搶占全球石墨烯科技制高點,形成一批具有自主知識產權的核心技術。專項啟動同時,北京市科委成立北京市石墨烯科技創(chuàng)新專項專家委員會。專家委員會囊括北京大學劉忠范院士、北京航空材料研究院戴圣龍院長、清華大學魏飛教授、國家納米中心趙宇亮研究員等技術專家與企業(yè)代表,為北京市未來10年石墨烯的發(fā)展出謀劃策,并促成北京石墨烯產業(yè)的政產學研相結合。目前,正在依托專家委員會,編制產業(yè)技術路線圖,形成凝聚行業(yè)共識的產業(yè)發(fā)展路線。
二是籌備建設新型科研機構——北京石墨烯研究院。依照北京市科技創(chuàng)新大會精神,借鑒北京生命科學研究所建設模式,北京市科委推動籌建北京石墨烯研究院,遴選全球頂尖的領銜科學家給予持續(xù)穩(wěn)定支持,進行用人與評價機制突破創(chuàng)新,探索培育新型科研機構建設模式,形成與國際接軌、符合國情的科研管理和運行機制。
三、北京市石墨烯產業(yè)發(fā)展建議
科技發(fā)展是第一生產力,石墨烯技術產業(yè)發(fā)展也應緊扣技術攻關。以石墨烯制備技術為例,石墨烯材料的優(yōu)異性需要完善的制備工藝才可體現(xiàn)。然而目前石墨烯材料的制備技術尚無法使石墨烯產品性能達到理想狀態(tài),且成本過高,阻礙石墨烯產品產業(yè)化。故石墨烯材料制備工藝的創(chuàng)新突破至關重要。石墨烯粉體制備需突破大批量綠色制備工藝,重點攻關非氧化剝離石墨烯粉體制備技術。高品質單晶石墨烯薄膜的生產技術目前還處于發(fā)展階段,需重點攻克大面積高品質單晶石墨烯薄膜制備工藝及無損剝離工藝,以適應未來石墨烯半導體、電子元器件的發(fā)展需求。
目前國內石墨烯材料在應用中扮演“工業(yè)味精”的角色,應用面廣而不專精。每一種材料肯定有其最適合發(fā)揮作用的領域,一味地追求全面應用既不科學,也不現(xiàn)實。針對這一現(xiàn)狀,學術界、產業(yè)界應帶頭致力發(fā)掘石墨烯真正的“殺手锏”應用,以應用帶動技術和產業(yè)發(fā)展,攻關真正符合石墨烯產業(yè)發(fā)展的核心共性技術。目前IBM、三星等國際企業(yè)已布局完成石墨烯CVD制備、大面積薄膜生產,以及半導體方面完成了專利布局,累積了雄厚的技術經驗,為下一代半導體技術革新及發(fā)展柔性電子器件打下了堅實的基礎,這是我們可以學習借鑒的。
石墨烯產業(yè)的發(fā)展,除了技術層面的突破,還需要充分發(fā)揮市場的導向性和政府的引領作用。二者分工協(xié)作,保持共軛并行,積極有效地整合資源、人才、技術等產業(yè)發(fā)展關鍵要素。政府應加大政策和資金扶持力度,企業(yè)以及社會資本應在資金運作及產業(yè)規(guī)劃上積極配合政府,從而形成政產學研相結合的健康發(fā)展道路。
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