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广西石墨烯发力突围!一位学者的“烯谷”梦

江南石墨烯研究院2020-05-13 15:20:00
导读
作为"新材料之王",石墨烯的产业化发展不仅需要资源、市场、技术方面的共同发力,而且需要包括政府、企业在内的投资者有前瞻性的眼光,各界努力,踏实静心深耕。只有如此,像沈培康这样手中掌握众多科研成果、专利的学者团队才能实现他们的“烯谷”梦。

最近,广西大学可再生能源材料协同创新中心的负责人沈培康终于松了一口气。

4月5日,位于广西大学内的中心三维石墨烯小试基地总体完工。等到核心部分的石墨烯反应炉安装完毕,他们的石墨烯粉体即可批量投产,年产量可达1.5吨。

这也意味着,沈培康的“烯谷”梦又朝着实现的方向迈出一大步。


我的“味精”,让我成了“大厨”

石墨烯是一种由碳原子紧密排列成六边形的单碳原子层薄片,厚度只有0.35纳米。

与诺贝尔奖获得者安德烈·海姆发现石墨烯一样,沈培康发现石墨烯粉体的制作方法同样是出于巧合。“出发点本不是做石墨烯,但恰巧做成了一个三维石墨烯。”2005年左右,沈培康在研究燃料电池催化剂时,需要用到离子交换技术制备催化剂。在理论上,一个原子就可以交换,所以沈培康一开始就希望把催化剂做得很规则,大小一样。

然而,随着研究的推进,沈培康发现,实际情况却复杂得多,比如选择什么样的材料作母体材料,沈培康通宵达旦地一种种材料去进行筛选。当筛选到石墨时,他才发现,利用离子交换法无法达到单个原子级别,却由此做出了新颖结构的“三维石墨烯”。

科学总是在不经意间给人惊喜。“石墨烯是二维材料,非常活泼,一旦碰撞在一起就会变成石墨片,失去了石墨烯的特性。三维的石墨烯,才能有立体、支撑性能,独立形成粉体材料,而且不团聚,应用也更广泛。”材料学出身的沈培康立刻敏感地意识到,石墨烯三维化是二维石墨烯片应用瓶颈的关键,值得深挖。

对于石墨烯粉体的制备方法,沈培康有丰富的技术储备。通过离子交换树脂一步法合成的三维多级孔自掺杂(氮、磷、硼等)类石墨烯材料具有包括商用石墨烯在内的碳材料不具备的性质,更可以成百吨生产,借此研发不同的下游产品,如锂电、超级电容、车体材料等。

就像厨师一样,特级厨师就是比一级厨师有窍门。”沈培康把石墨烯比作“工业味精”,而如何添加这份“味精”,让“食材”更美味,则成了他的独门绝技。  

我的肩膀,扛着一次材料技术革命


顶着极强导电性、超高强度、高韧性、较高导热性能等数层光环,专家预言石墨烯将在半导体、光伏、储能、航天等领域带来一次材料技术革命。

破解了石墨烯产量的难题后,沈培康团队把重点聚焦在研究新能源材料和车体轻量化材料方向上以汽车工业为例:如果车体轻量化材料开发成功,只要添加5%的石墨烯,即不到10公斤的石墨烯,重达五六百公斤的车架,就可以降低30%到50%的重量,而对于新能源汽车,降低200公斤的重量,换成同等重量的添加了石墨烯电池,续航里程将进一步增长,新能源汽车将发生革命性改变。

我国目前乘用车制造量达到2000万辆水平,车架重量假设每辆为500公斤,所需的石墨烯粉体至少25万吨以上,再加上石墨烯的物流、运输,其带动的产业将超过万亿元。这意味着,随着石墨烯产业化的进程,围绕着石墨烯可以形成庞大的产业链,能给地方带来巨大的社会和经济效益!

目前,石墨烯产业的发展前景已引起自治区的重视。2016年自治区政府工作报告指出——“重点攻克新材料、石墨烯、机器人、生态环保等重点领域关键共性技术,培育发展一批具有核心竞争力的大型高新技术骨干企业和创新型产业集群,强化企业创新主体地位和主导作用。”

攻克石墨烯技术,发展石墨烯产业,沈培康团队重任在肩!

我的梦想,打造中国的“烯谷” 

在广西大学可再生能源材料协同创新中心一楼的研究室里,放着几个装着黑色粉末的小瓶子,这是已经被科研人员开展实际应用的石墨烯粉体样品。

相对于其他学科,材料学的科研人员更注重“接地气”的产品研发。“广西睿奕新能源有限公司已经用上了我们的产品。”目前,该公司ER14250型锂亚硫酰氯电池添加2%的三维石墨烯材料,10mA和25mA放电电池容量测试提升20%以上的容量。

“我们希望,能尽快建立中试生产示范基地,组建广西石墨烯研究院,建设石墨烯产业园。由此培养和引进石墨烯专业人才,创建广西石墨烯产业联盟,发展石墨烯产业,进而打造中国的烯谷,为广西乃至全国的产业发展提供技术支撑和引领示范。”

这就是沈培康在广西的中国“烯谷”梦想。广西并非毫无优势——有无形的技术资产、政府支持、原材料丰富,关键是必须马上行动,抢占产业发展先机。

两三个月前,沈培康还在为这事烦恼。

“自治区组织各厅局到外地考察,但反馈回来的信息不是很乐观。大家都认为,石墨烯的概念太虚,担心下游产品研发跟不上的话,又是竹篮打水一场空。”为此,沈培康反复解释,目前国内的制备方法很多,但成本、设备费用、设备周期、污染等都成问题。而且,二维石墨烯在理论上不可能大量生产石墨烯粉体材料,市场上说的石墨烯粉体材料实际上指的是氧化石墨烯,而氧化石墨烯不是石墨烯。所以,广西大学的技术是目前世界上唯一能生产三维石墨烯粉体材料的技术。这恰恰是广西大学的优势——成本低,具有竞争性;不是石墨片,特性强……

一直以来,自治区给予了大力支持。4月1日下午,南宁市政府与广西大学在南宁高新区举行现场办公会,双方就加快推进石墨烯研究及其产业化项目落户南宁生态产业园进行研究和部署。4月12日至14日,自治区党委常委、自治区常务副主席唐仁健率团赴深圳市考察,其中就包括石墨烯产业。

目前,在广西大学的强力支持下,广西北部湾石墨烯产业技术开发有限公司已注册成功,石墨烯中试基地厂房和装修正在进行,科技项目和产业项目也将获得经费支持。

在不久的将来,广西石墨烯产业或许会因为这点火星,燃起燎原大火。“或许,这个过程仍很漫长,难免碰上挫折、失败,但梦想总是要有的,只要我们迈开步子,皆有可能。”沈培康说。

资料来源:广西新闻网
小编:米粒