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“十三五”石墨烯将打造成先导产业

发布时间2017年1月20日  来源:《大发官网》2016.02 作者:王文泰  阅读1071次

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对誉为“新材料之王”的石墨烯,近几年,国内外政府十分关注石墨烯发展,大学及科研机构高度重视石墨烯的研发,企业努力寻求石墨烯的应用。2015年,全球石墨烯产业综合发展实力排名前三位是美国、日本和中国。其中美国处在相对领先的位置,日本、中国得分较接近;韩国、英国、德国和新加坡处在第二梯队;加拿大、澳大利亚和巴西位于第三梯队。据推测,全世界石墨烯规模2018年约329亿美元,未来10年左右,将达到万亿元人民币。

我国在竞争潜力和竞争行为方面呈现出较强的优势,均处于第一梯队。目前,我国对石墨烯产业的支持主要集中于研发方面。2014年我国拥有全世界45%的石墨烯专利,差不多是美国的2倍,但仍然缺少核心专利。为推动石墨烯产业加快发展,我国加大政策支持和发展方向引导,石墨烯的研究和产业化发展持续升温。

     一、石墨烯产业发展提上日程,政策支持加大力度

2012年工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》,首次明确提出支持石墨烯新材料发展。此后,我国政府各部门又出台了多项与石墨烯发展相关的法规和政策。

2014年9月,科技部“863”计划提出到2018年,石墨烯材料制备,应用开发、终端应用等关键环节良性互动的产业体系基本建立,推动一批产业示范项目,在部分工业品和民用品上率先产业化应用;到2020年形成完善的石墨烯产业体系,实现石墨烯材料标准化、系列化和低成本化等。

2015年5月,工信部召开《石墨烯产业发展座谈会》和《2015年石墨烯国际高峰论坛》;10月份召开《2015中国国际石墨烯创新大会》,广泛交流石墨烯发展信息,积极推动石墨烯产业健康发展。

2015年5月公布的《中国制造2025》,在新材料领域技术路线图提出,石墨烯产业要在2020年形成百亿元产业规模,2025年产业规模突破千亿元,给石墨烯的商业化应用指明了方向。

2015年11月工信部、发改委、科技部联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》(下面简称《意见》)提出,把石墨烯产业打造成先导产业。

2016年3月召开的全国两会通过的“十三五”规划纲要明确提出要大力发展石墨烯等纳米功能材料。

可以预见,在“十三五”期间,我国的石墨烯产业可望取得快速发展,并拉动包括新能源、新材料以及交通运输、电力等诸多产业的发展。业内预计,2016年将成为中国石墨烯产业爆发的元年。 

二、我国石墨烯产业加快推进发展

2015年我国石墨烯产业的龙头企业实现了批量销售,营业收入较2014年有了飞跃式增长。石墨烯产业加快推进发展体现在下面几个方面。

(一)建设产业示范基地

《意见》指出要把石墨烯打造成为先导产业,提出将促进产业集聚发展,支持中小企业集群发展石墨烯材料应用产业,形成聚集效应,打造产业示范基地。近两年石墨烯产业集群在各地风生水起,河北、江苏、浙江、山东、深圳等地都在加快石墨烯产业化布局。国内发展较早的有常州、无锡、宁波、青岛、深圳、重庆等石墨烯产业园。常州石墨烯科技产业园于2015年5月19日正式开园,规划面积480亩,已集聚了全国50%的石墨烯企业,至2015年底创下10个石墨烯的“全球第一”。即全球第一家石墨烯研究机构——江南石墨烯研究院,全球第一条年产3万平方米石墨烯透明导电膜生产线,全球第一条年产100吨石墨烯粉体生产线,全球首创并实现规模化销售的CVD法制备石墨烯透明导热薄膜,全球第一款石墨烯重防腐涂料,全球第一款石墨烯蛋白质分离试剂,全球第一款石墨烯智能发热服等。

2016年初,京津冀石墨烯产业发展联盟成立,未来将形成以河北唐山为中心,跨越京津冀地区,包括研发、生产、检测、融资服务等为一体的石墨烯产业集群。唐山已形成14家石墨烯相关企业的产业集群,包括石墨烯产业院士工作站,石墨烯材料技术研究中心等研发机构。

2015年11月6日福建永安市石墨烯高新技术产业园区签约落地。该协议由永安市与福建碳谷科技有限公司签订。建立石墨烯科技实验研究、孵化、生产基地,未来10年内,带动产业投资200亿元,形成1000亿元产值的产业链,力争把园区打造成国家级石墨产业基地。

(二)六大领域成为研发热点

当前我国石墨烯的技术研发主要集中在以下六大领域。

1.复合材料。石墨烯—聚合物材料一直是石墨烯应用的重要领域之一。石墨烯作为纳米增强组分,少量添加可以使聚合物的电学、力学、热性能以及气体阻隔性能得到大幅度提高。

2.电极材料。石墨烯可以在电池电极(包括正极和负极)内构建三维导电网络,使用0.5%-2%的石墨烯导电添加剂可以代替10%-15%的导电炭黑,而且能进一步降低锂电池内阻,从而提高电池倍率性能和循环寿命。

3.导电油墨。石墨烯可作为新型导电油墨的主填充料,通过改变石墨烯的填充比例调节产品的电阻率和附着性能。

4.导热材料。石墨烯复合导热材料,包括具有高导热系数的石墨烯散热片/膜,以及石墨烯改性的复合材料,如热导纤维和热导塑料等。该技术在电子和工程领域市场需求迫切,并且技术难度较小,工艺相对成熟,有快速进入市场的机会。

5.显示器。由于石墨烯具有导电性高、透光率高和韧性高等优点。它作为触摸屏具有对环境无害、用料少的优点,生产成本大大低于传统的氧化铟锡触摸屏。

6.生物医药。石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面应用广阔。

(三)培育产业龙头企业

目前,我国石墨烯企业超过100家,但真正投入力量参与石墨烯研发的企业不超过30家。石墨烯企业上市的公司有10家,包括金路集团、方大炭素、中国宝宝、力合股份、烯炭新材、中泰化学、华丽家族、乐通股份、悦达投资和康得新。多家公司已经建成石墨烯的量化生产装置和配套设施。

1.宁波莫西科技有限公司建成全球最大规模的石墨烯材料生产线,年产能300吨。

2.北京碳世纪科技有限公司全球首条石墨烯(单层碳原子)吨级示范生产线于2015年11月3日建成,翻开了石墨烯工业化进程的第一页。

3.中科院金属研究所与四川金路树脂公司合作的石墨烯基透明导电薄膜、三维网络散热材和动力用电极材料产业化项目取得重要进展,至2015年底,石墨烯基的大规模制备已经完成,石墨烯基材料年产能300吨。

4.黑龙江七台河宝泰隆石墨烯新材料公司年产100吨石墨烯项目于2015年12月建成。在年产100吨石墨烯生产线的基础上开发下游产品,主要与清华大学、黑龙江科技大学、东北石油大学等合作,预计实现年销售收入50亿元。

(四)石墨烯材料的应用

《意见》提出,要引导石墨烯产业创新发展,通过拓展石墨烯的应用领域,发挥其先导材料的作用。支撑新兴产业的培育,带动传统产业的升级。近两年来,我国石墨烯的应用取得了可喜的成果。

1.兴起电池革命:中科院上海硅酸盐研究所于2015年底发布1项“一种新型石墨烯材料”重要成果,即高性能超级电容器电极材料—氮参杂有序介孔石墨烯。具有更佳的电化学储能特性,除了超快速充放电,还可以循环充电5万次,使用寿命长达十多年。超级电容器是介于传统电容器和电池之间的一种电化学储能装置,由于具有高功能密度、高能量密度、循环、寿命长、安全可靠等特点,现已广泛应用于混合电动汽车,大功能率输出设备等领域。《中国制造2025》把高能量密度(大于20Wh/kg)动力型电容列为重点支持领域。目前,美、韩等国电容器的能量密度为5wh/kg。

2.柔性导电膜:2016年6月,北京大学纳米化学研究中心成功研制出高品质石墨烯/PET柔性塑料电极,并在此基础上批量制备了石墨烯/金属纳米线/PET复合型柔性导电薄膜。

3.石墨烯橡胶:2015年6月,四川大学成功制备了含均匀分散石墨烯和石墨烯隔离网络的橡胶纳米复合材料,它具有高的电导率和其他阻隔性,可广泛应用于高品质轮胎,特殊密封圈、高性能减震器、橡胶复合材料。2016年3月,青岛市双星全球研发中心石墨烯轮胎中心实验室奠基,目标是实现高端石墨烯轮胎的超前研究和产业化。拟引入石墨烯材料,提升轮胎的耐磨、抗刺扎、降低着空等性能。据悉,在橡胶中添加1.5%的石墨烯,其拉伸强度可提高90%;添加10%的石墨烯,电导率可以提高1000倍以上。

4.石墨烯服装:2016年3月在无锡市举办“石墨烯生活应用产品发布”会上展示了石墨烯护膝、护腰、护宫产品,病痛人带上了3秒钟就可以迅速升温,有一定的保温、理疗作用。

5.石墨烯复合材料提升LED寿命:2016年初,台湾研究人员开发一种使用聚酰胺(PA)和还原氧化石墨烯制备的散热片,使LED内部更有效地散热,延长了LED的寿命。

6.石墨烯助太阳能电池雨天发电:2016年4月中国海洋大学和云南师范大学开发一种石墨烯材料,使太阳能电池雨天也能发电。

7.石墨烯玻璃:北京大学一课题组在玻璃表面成功实现石墨烯的直接生长,有望推动石墨烯玻璃大规模应用。它兼具玻璃的透光性,以及石墨烯的导电、导热和表面疏水性等优点,可应用于干热致变色窗口,防雾视窗以及光催化等方面。

8.去除污水重金属:山东金利特新材料公司2016年1月宣布将于2016年在济宁开发区新建3条功能化石墨烯生产线,形成年产30吨高端水处理碳材料。该公司与美国ESS公司合作,研制出用于环境重金属处理的新型氧化石墨烯材料,用于废水处理,可实现重金属污染物99%回收。

9.应用石墨烯生产触摸屏、防腐涂料、杀菌除臭剂和润滑等产品也有较大突破。

三、泉州发展石墨烯产业在行动

在泉州市委、市政府的重视下,2016年3月发布的《泉州市新材料产业转型升级路线图》提出石墨烯材料为重点培育的四个领域之一,发展重点:电动汽车锂电池用石墨烯基电极材料;海洋工程等用的石墨烯基防腐蚀涂料;柔性电子用的石墨烯薄膜;光/电领域用石墨烯基高性能热界面材料;纺织鞋服用石墨烯功能复合材料。泉州台商投资区和晋江等县(市、区),开始着手发展石墨烯产业。

1.建设石墨烯产业园。泉州台商区正在筹建石墨烯科技园,规划面积500亩。启动项目,一是福建辉锐材料科技公司,投资12.3亿元,建设石墨烯薄膜太阳能电容电极材料及石墨烯电容电池,手机、平板电脑石墨烯触摸屏等。二是建设福建盛达石墨烯研发中心,规划面积60亩,与福州大学、华侨大学合作开发石墨烯下游应用产品,正在开发石墨烯橡胶复合材料。

2.创建石墨烯产业技术研究院。2016年5月,晋江市与中国源头创新百人会、福建新峰二维材料科技公司签订合作协议,合作建设晋江石墨烯产业技术研究院,引入国内外一流团队,打造具有国际领先水平和产业影响力的研发平台,全力抢占高新技术产业前沿高端。

3.扶持企业发展石墨烯下游应用产品。我市正在研发石墨烯下游应用产品有10多家,除上述的福建辉锐材料公司,福建盛达科技公司;还有晋江港昆新材料公司,投资8000万美元,研发石墨烯新型纳米材料润滑、锂电池等;晋江贵人鸟公司研发的石墨烯抗菌鞋垫;泉州宝峰鞋业公司研发的石墨烯EVA发泡材料等。

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