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加快石墨烯上下游整合,應用側推進產業(yè)進程

2021-03-03
來源: 賽迪智庫
關鍵詞: 石墨烯

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       澎湃新聞:目前這個行業(yè)最前沿技術達到什么程度?中國發(fā)展程度如何?

  肖勁松:從整個全球來看,石墨烯屬于從研發(fā)到產業(yè)化的過渡階段,還沒有真正實現大規(guī)模產業(yè)化。相對而言,中國石墨烯產業(yè)化方面走在世界前列,國外大都現在還處于研發(fā)階段。

  國內外發(fā)展石墨烯產業(yè)發(fā)展走的兩種不同路徑。

  國外并不是從石墨直接制備,主要還是用含碳的一些氣體,如甲烷等氣體來進行制備薄膜。制備的石墨烯膜更多應用在電子信息領域。歐美日走的是這個路徑。

  中國石墨資源豐富。這一優(yōu)勢讓中國制備石墨烯膜的路徑也與歐美不同。利用石墨制備石墨烯,然后添加到其他材料之中,生產復合材料,這是中國石墨烯產業(yè)發(fā)展的主導路徑。目前中國石墨烯應用多在醫(yī)療健康、熱管理、新能源等領域。由于中國電子信息發(fā)展也是起步,所以高端石墨烯膜制備和應用尚處于研發(fā)階段。

  從石墨烯技術發(fā)展來看,中國也較為領先。中國石墨烯專利技術占了全球百分之六七十,位居全球第一。

  前兩年國內涌現出了石墨烯熱,現在已經漸趨理性。無論投資界、研發(fā)領域還是產業(yè)化領域,大家都認識到新材料的發(fā)展周期比較長,不是短期內就能見效的。大浪淘沙之后,很多人退出,還有很多人堅持了下來。

  中國科學院大學聯合大連理工大學,在高質量、大面積、單層石墨烯的可控合成及其生長激勵研究方面取得重要進展,實現了大面積高質量單層石墨烯的生長。廈門大學與英國蘭卡斯特大學合作,在基于石墨烯電極的單分子器件方面取得重要研究進展,對后續(xù)進一步研究和設計功能多樣的單分子電子器件具有重要的參考價值;中科院金屬所與倫敦大學合作,設立了基于石墨烯薄膜的全固態(tài)柔性電化學電容器,不僅保證了整個器件的柔性,還進一步發(fā)展了智能器件。此外,在石墨烯單晶晶圓制備、高品質石墨烯散熱膜等領域也取得多項突破。

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  澎湃新聞:中國短板在哪里?

  肖勁松:目前,中國和西方制備技術都差不多。關鍵是下游應用,薄膜制成了以后怎么應用。這方面的差距比較大。

  歐洲、美國、日本電子信息比較發(fā)達,所以石墨烯在這個領域能夠很快應用。中國電子信息產業(yè)基礎比較薄弱,石墨烯在這一領域的應用也較少。中國市場上涌現的石墨烯產品,在醫(yī)療、健康領域比較多,但是目前的這些應用并不能真正體現石墨烯高性能特點。石墨烯產業(yè)發(fā)展仍然有許多難題。

  一是關鍵技術未突破,制約下游大規(guī)模應用。

  經過多年自主研發(fā),石墨烯在規(guī)?;a技術、工藝裝備等方面均取得重大進展,但低成本規(guī)模化制備技術、下游應用技術、綠色制備技術等方面仍存在技術瓶頸。目前雖然國內石墨烯粉體及薄膜材料都已經建成生產線,并基本實現量產,但產品普遍存在尺寸和層數不均勻、質量不穩(wěn)定等問題,難以滿足大規(guī)模工業(yè)化量產的需求。

  從應用場景看,目前石墨烯主要以添加劑的形式加入基體材料以提升相關性能,但結構完整的石墨烯表面不含有任何基團,與其它介質的相互作用較弱,很難與其它有機或無機材料實現均勻復合。因此,如何在保證石墨烯結構完整的情況下,提高其與基體材料間的相容性、均勻分散性仍然成為制約石墨烯下游大規(guī)模產業(yè)化應用的關鍵問題。

  二是以材料生產企業(yè)為主導,下游應用企業(yè)參與度偏低。

  石墨烯作為一種新材料,只有實現大規(guī)模成功應用才能真正體現其價值。因此產業(yè)發(fā)展必須以應用為牽引,重視下游應用企業(yè)參與。但目前中國石墨烯參與發(fā)展以科研院所和石墨烯生產企業(yè)為主,受制于部分關鍵技術未突破、生產成本高、應用效果不確定等因素,下游應用企業(yè)普遍呈觀望態(tài)度,參與度偏低。反觀美、日、韓等國家,則均有一批應用領域的領軍企業(yè)參與石墨烯研發(fā)及產業(yè)化,如美國的IBM、波音,日本的松下、韓國的三星等,從應用需求入手,推動本國石墨烯產業(yè)化進程。

  三是標準、檢測體系不完善,產品魚龍混雜。

  目前中國石墨烯標準化方面雖然取得了一定進展,但是在下游具體應用產品、檢測標準、使用標準等方面仍是空白。從上游材料制備來看,石墨烯材料有粉體、微片、漿料、薄膜等多種類別,由于缺乏統一的標準,市場上每種材料品種差異較大、等級規(guī)格各異、命名規(guī)則不一。由于沒有明確的標準,目前對石墨烯產品的檢測報告多以材料性能的客觀描述為主,再加上不同應用領域對石墨烯材料的性能要求也不同,所以沒有統一的標準來區(qū)分材料質量的好壞,且目前的檢測手段僅僅對來樣原料當時的狀態(tài)負責,造成市場上各說各話,產品魚龍混雜。

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  澎湃新聞:中國未來的努力方向有哪些?

  肖勁松:第一要繼續(xù)發(fā)揮中國的資源優(yōu)勢。中國石墨烯資源比較豐富。目前利用石墨制備的石墨烯,基本上能滿足現有的石墨烯應用產品和應用領域,但是未來還是要發(fā)揮我們的資源優(yōu)勢,做一些高端產品,這就需要下大力氣做好高品質石墨烯材料。

  第二要與電子信息產業(yè)發(fā)展主動結合起來。從國家層面來說,更應該鼓勵石墨烯在電子信息領域的應用和石墨烯殺手锏級的應用。國內現在也在這方面做很多探索,軍工領域和民用領域都有,例如北京石墨烯研究院在研發(fā)的石墨烯玻璃,中科院半導體所在石墨烯器件方面的研究等。

  柔性電致方面,除了智能手機外,5G基站、服務器、筆記本電腦等許多領域的關鍵材料,在兼顧導熱性能和成本的同時,對石墨烯的導熱需求也越來越多。這是未來的一個方向。華為發(fā)布的國內首款5G平板MatePadPro5G搭載了超厚3D石墨烯散熱技術,并在上半年投資了常州富烯科技(主導產品為石墨烯導熱膜、石墨烯導熱片等),布局石墨烯散熱技術,在一定程度上引領了電子設備散熱市場的發(fā)展趨勢。隨著華為、小米等頭部企業(yè)持續(xù)加碼石墨烯導熱膜的投資與應用,必將帶動其他廠商也加速在石墨烯散熱材料、散熱組件等領域的布局。

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  澎湃新聞:未來需要克服哪些困難?

  肖勁松:石墨烯材料是一個相對比較高端的產品。目前制膜技術都差不多,關鍵是大規(guī)模做出來。雖然在實驗室研發(fā)取得了一些進展,但是石墨烯應用時的穩(wěn)定性等問題還需要去克服。

  技術方面。首先要制好材料。不管是膜材料,還是用石墨來做的粉體類材料。將這些基礎材料做好最關鍵。目前石墨烯產業(yè)化企業(yè)很多,但是很少有企業(yè)去關注材料。大家都是能做出來就做出來,沒有再進一步努力提高材料的品質。所以材料品質一直停留在中低端。然而,好材料才能用在高端領域。第二是成本問題。如何做到大規(guī)模推廣,然后實現低成本,這很重要。目前下游應用沒有鋪開,成本比較高。如果要做高端的,純度更高,片成更薄的話,技術要求含量很高。所以技術和產品的應用開發(fā)都很重要。

  要推動關鍵核心技術突破。充分發(fā)揮各地石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心、科研院所和高等院校等的創(chuàng)新力量,制定石墨烯產業(yè)技術創(chuàng)新目錄和技術突破路線圖,組織優(yōu)勢力量開展重大項目和重點應用的技術攻關,對石墨烯材料規(guī)模化制備、清潔生產等關鍵技術和成套設備加強攻關,加快關鍵技術成果的轉化。圍繞新一代信息技術、新能源汽車、高端裝備等新興產業(yè)領域發(fā)展需求,堅持需求引導,開展石墨烯前沿性和戰(zhàn)略性方向、核心技術、專利和產品的布局,培育未來市場。盡快研究制定石墨烯技術成熟度路線圖,對重點企業(yè)技術成熟度、經營狀況、產品銷售等進行評估,科學評判其產業(yè)化發(fā)展階段和發(fā)展前景。

  其次要強化產業(yè)融合發(fā)展。繼續(xù)深化石墨烯對傳統產業(yè)轉型升級的推動作用。從傳統產品改性入手,選擇目前技術較為成熟、量大面廣、下游用戶認可度偏高的石墨烯散熱材料、增強復合材料、儲能材料等產品開展應用示范,充分利用首批次保險補償機制等相關政策,降低下游用戶使用風險,有效激活石墨烯下游應用市場需求,推動大規(guī)模產業(yè)化應用。圍繞新一代信息技術、新能源汽車、5G、高端裝備等新興產業(yè)領域發(fā)展需求,堅持需求引導,開展石墨烯前沿性和戰(zhàn)略性方向、核心技術、專利和產品的布局,培育未來市場。

  人才方面。石墨烯研發(fā)方面人才不少,主要由兩部分組成:一類是研究納米材料的人才轉過來的。石墨烯本身就是一種納米材料,中國原來有一大堆的研究納米材料的,這些人很多轉向了石墨烯研究。還有一部分從高分子材料轉過來的。現在主要是兩大類人才在研究石墨烯。

  但是,這個領域缺乏產業(yè)化人才、市場化人才以及社會資本方面的一些人才。

  目前市場上的石墨烯企業(yè)都是小打小鬧的,好多人直接是從研究院所出來的。結果就是這類人更多側重追求技術,對產品、市場不太了解。這樣對產業(yè)發(fā)展不利。從應用角度,下游企業(yè)是一定要參與進來的,否則只是把材料做出來,卻不知道怎么用。

  人才方面,研發(fā)領域、成果轉化、產品開發(fā)類人才,這三個類別對接機制還是不夠。

  政策方面。整合優(yōu)勢力量,也要充分發(fā)揮市場作用,讓市場去篩選。

  目前石墨烯產業(yè)發(fā)展過于零散,需要整合。有的地區(qū)研發(fā)為主,如北京的研發(fā)力量比較強。深圳寧波這些地方應用比較強?,F在各地單打獨斗,不利于產業(yè)發(fā)展。從產業(yè)發(fā)展角度上,上下游必須結合起來。把上游材料企業(yè)和下游應用企業(yè),還有一些相關的研究機構結合起來,這樣上下游能夠在一個平臺上工作,可以縮短轉化周期,加快走向應用層面。

  加強公共服務平臺建設。圍繞石墨烯產業(yè)發(fā)展特點,依托產業(yè)鏈上下游骨干企業(yè)、科研院所等,優(yōu)化配置資金、技術、裝備等資源,建設一批石墨烯產業(yè)科技服務、檢驗檢測、質量認證、人才培訓、創(chuàng)新孵化等公共服務平臺。公共服務平臺建設要嚴格遵守“政府引導、市場運作”原則,積極拓展融資渠道。通過制定風險補償等優(yōu)惠政策,引導社會資本進入,對于地方運行良好的公共服務平臺積極申請國家支持。

  做好國家級制造業(yè)創(chuàng)新中心的籌備。整合目前國內石墨烯創(chuàng)新中心的優(yōu)勢力量,盡快組織籌備國家石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心,加強對行業(yè)關鍵技術的前瞻性布局,做好石墨烯技術轉移擴散和首次商業(yè)化。創(chuàng)新中心的成員單位要注重下游應用企業(yè),尤其是大型企業(yè)的參與,建議對下游應用領域企業(yè)的占比及業(yè)內排名提出明確要求?,F有省級創(chuàng)新中心要繼續(xù)加強對下游應用企業(yè)(尤其是龍頭企業(yè))的資源集聚,充分發(fā)揮應用企業(yè)的市場優(yōu)勢,以市場需求為導向,加快推動石墨烯的大規(guī)模應用。

 

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