新材料產(chan) 業(ye) 是國民經濟戰略性、基礎性產(chan) 業(ye) ，是裝備和製造的基石，是核心競爭(zheng) 力的重要支撐。我省在高端新材料領域持續發力，推動產(chan) 品向精細化、規模化、產(chan) 業(ye) 化、高附加值化發展，帶動全省新材料高端產(chan) 業(ye) 及其配套下遊、精深加工等產(chan) 業(ye) 發展壯大。
名副其實的“新材料之王”
“這是一個(ge) 柔性的鍵盤，很神奇。把它卷起來，出差時隨身帶上。”中國科學院山西煤化所研究員陳成猛展示的這款鍵盤，就是柔軟的矽膠外表包著一張紙，這張紙正是柔性鍵盤重要的功能部件。
“紙上黑色的線和點不是畫上去的，而是我們(men) 采用石墨烯調製的電子漿料印刷的線路。柔軟的線路板可使鍵盤折疊，方便攜帶。”陳成猛向記者介紹說，若將石墨烯應用於(yu) 觸摸屏，手機和平板電腦便可折疊；若加進塑料，塑料變得又強又韌，還可以讓原本不導電、不導熱的塑料變得導電、導熱；若加在鋰離子電池和超級電容器裏麵，就能大幅提升儲(chu) 能器件的能量密度和功率密度，延長它的循環壽命……中北大學前沿交叉科學研究院院長李孟委團隊向記者展示的石墨烯壓力傳(chuan) 感器、溫度傳(chuan) 感器，在穿戴電子器件、電子皮膚、柔性顯示器等領域大顯身手。
輕得像空氣，卻又硬得像鋼鐵，它就是被譽為(wei) “黑金”的石墨烯。和熟知的石墨棒、鉛筆芯一樣，石墨烯也是由碳原子組成的。2004年，英國曼徹斯特大學科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫首次在實驗室，通過膠帶從(cong) 石墨上成功分離出一層晶體(ti) 物質石墨烯，在科學界引起轟動，二人也因石墨烯方麵的開創性研究於(yu) 2010年獲得諾貝爾物理學獎。
作為(wei) 高端碳家族的新材料，它是電子產(chan) 品材料絕佳選擇，更令人感興(xing) 趣的是它那許多“極端”的物理性質，造就它是目前發現的最薄、最堅硬、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，可用於(yu) 航空航天、軍(jun) 事高精尖領域，它是名副其實的“新材料之王”。在長期從(cong) 事石墨烯研發的陳成猛的眼裏，石墨烯的模量達到了1TPa，是鋼鐵的200倍。如果保持石墨烯強度製成一張薄膜紙，想要刺破它，好比推開一頭大象。“如果力、熱、光、電、磁都能讓它有反應，那麽(me) 這樣一台石墨烯功能器件會(hui) 有無敵超強表現力。”李孟委的研究課題更偏重石墨烯的功能應用。
保持中國在石墨烯領域的領先地位
在中科院山西煤化所石墨烯中試平台，生產(chan) 線上石墨烯輕薄飄逸。石墨經過氧化、提純、幹燥和剝離4個(ge) 環節製備而成石墨烯，250克石墨烯原料市場售價(jia) 高達12500元。石墨烯的生產(chan) 工藝被中科院山西煤化所博士孔慶強解釋為(wei) ：“如果把石墨看成一本書(shu) ，那麽(me) 石墨烯其實就是其中的一頁，那麽(me) 我們(men) 首先要做的就是把這本書(shu) 中的每一頁相互撐開，然後瞬間把每頁撕下來，變成一頁一頁的。”目前，中科院山西煤化所已經攻克了石墨烯批量製備的關(guan) 鍵技術，實現了穩定、可控、低成本生產(chan) 。
在中試平台的超淨間，研究人員正在對生產(chan) 石墨烯相關(guan) 衍生產(chan) 品的器件進行組裝、測試和研究。“這一款超級電容器就是科研成果之一。別看它個(ge) 頭不大，卻動力十足。它充滿電隻需要10秒，而且充放電達百萬(wan) 次以上。”忙碌中的中科院山西煤化所博士王振兵對記者說，“超級電容器由於(yu) 具有非常快的充放電速度、超長的循環壽命，而且它的耐候性非常強。零下四十攝氏度，它的放電容量跟常溫放電容量基本相當。”
山西的石墨烯生產(chan) 是不是已經實現了產(chan) 業(ye) 化？陳成猛說：“目前，石墨烯實現小規模的批量化生產(chan) ，正處於(yu) 石墨烯應用的培育期，同時也是投資的窗口期。我們(men) 正逐步聚焦、凝練了一些石墨烯真正可能應用的方向，比如儲(chu) 能，導電油墨、導熱材料，電磁屏蔽，高性能的複合材料，防腐塗料，這些領域山西都有涉及。隨著石墨烯下遊應用的普及或者拓展，它的需求量會(hui) 提升，這時候我們(men) 再從(cong) 中試往產(chan) 業(ye) 化走。”
放眼全球，目前，國際上很多國家紛紛從(cong) 戰略層麵對石墨烯進行了部署，高度重視石墨烯產(chan) 業(ye) 發展，進行係統布局，投入大量資金對石墨烯行業(ye) 進行支持，以期在新一輪的競爭(zheng) 中搶占石墨烯產(chan) 業(ye) 發展的製高點。我國是石墨資源大國，也是石墨烯研究和應用開發最活躍的國家之一。2017年國家發改委公布《戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) 重點產(chan) 品和服務指導目錄》，將石墨烯等新材料納入其中。石墨烯成為(wei) 科學研究界的“新寵兒(er) ”，創造了許多不可思議。
中國科學院院士、北京石墨烯研究院院長劉忠範認為(wei) ，我國石墨烯基礎研究隊伍和產(chan) 業(ye) 化隊伍在國際上應該說也是規模最大的，三分之二的專(zhuan) 利來自中國，從(cong) 2011年開始，石墨烯研發處於(yu) 全球領先。當前，山西煤化所正在牽頭製定的IEC國際標準有5項，牽頭製定的國家標準有4項。同時，還有一係列的聯盟標準和行業(ye) 標準，由煤化所牽頭或者參與(yu) 製定的各類標準已有20項。由此可見，在全球的石墨烯標準化方麵，山西有一席之地，而且是非常重要的地位。
作為(wei) 國際石墨烯標準製定領導者的國際電工委員會(hui) 納米電工產(chan) 品與(yu) 係統技術委員會(hui) 秘書(shu) 長、歐盟石墨烯旗艦計劃標準負責人諾伯特法布裏丘斯談到，“截至目前，中國參與(yu) 製定的石墨烯相關(guan) 標準超過34%，其次是歐洲和韓國，分別占29%和21%。我強烈建議中國繼續堅持標準製定工作，這對於(yu) 保持中國在石墨烯市場的領先地位很有必要。”
立足應用，讓石墨烯影響未來
21世紀如果要有新的產(chan) 業(ye) 革命的話，就要靠石墨烯來引領。石墨烯的重要性可以說是不言而喻。在這樣的背景下，我國也搶抓機遇，在石墨烯高端研發方麵早早進行布局，並取得了一定的成績，山西也在這方麵有了一些突破。
在中北大學納米功能複合材料山西省重點實驗室，科研人員正在開展石墨烯防腐塗料的應用和工程化研究，他們(men) 研製的石墨烯聚合物複合防腐塗料，大幅提高了防腐蝕性能、機械性能和剝離強度。該校前沿交叉科學研究院石墨烯應用研究中心則將目光聚焦在石墨烯高溫壓力傳(chuan) 感器和高溫溫度傳(chuan) 感器等前沿信息領域研發方麵。
在太原理工大學，科研人員利用低能電子顯微技術證實了氧化石墨烯中的氧原子以冠醚結構存在。並成功探索出了石墨烯量子點在太陽能光電器件中的應用。
在大同大學炭材料研究所，科研人員開發的液相剝離法製備石墨烯工藝，則獨辟蹊徑將石墨烯用在了農(nong) 作物生產(chan) 上，可使蔬菜增產(chan) 30％—200％。
陳成猛認為(wei) ：“石墨烯未來的產(chan) 業(ye) 應用和發展方向，還要從(cong) 製備角度，通過我們(men) 的技術手段進一步升級，同時把它的成本進一步降低。另外，從(cong) 應用角度講，我們(men) 將努力豐(feng) 富下遊應用場景，包括超級電容器，鋰離子電池、導電油墨、防腐塗料等多元化的應用。”李孟委坦言，在發現石墨烯的階段，我們(men) 可能錯過了，希望在挖掘它的應用階段，不再失之交臂。
文章來源：山西日報
責任編輯：雷達
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