2017年1月14日,北京市市長蔡奇在政府工作報(bào)告中提出,作為北京全國科技創(chuàng)新中心建設(shè)戰(zhàn)略的組成部分,,要布局石墨烯等基礎(chǔ)前沿研究。北京作為全國科技資源最豐富的地區(qū),,在發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢,那么北京市的石墨烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀如何,?未來又該如何發(fā)展呢,?
繼2004年英國曼徹斯特大學(xué)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(xué)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(jìn)公眾視線的過程,。
學(xué)術(shù)界,、產(chǎn)業(yè)界、金融界甚至各國政府都對這種二維蜂窩結(jié)構(gòu)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(qiáng)性質(zhì)和高導(dǎo)電導(dǎo)熱,、生物兼容性、類催化劑能等獨(dú)特性質(zhì),,在眾多領(lǐng)域都可以得到應(yīng)用,。
一、我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況
中國石墨烯及相關(guān)產(chǎn)業(yè)在國家政策的引導(dǎo),,投資項(xiàng)目的助推,,企業(yè)轉(zhuǎn)型的迫切需求的三重動力促進(jìn)下發(fā)展迅速。
“十二五”期間,,石墨烯等新材料產(chǎn)業(yè)已被作為重要的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。我國陸續(xù)為石墨烯相關(guān)項(xiàng)目給予政策支持,、資金扶助,,并通過產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等組織,,助力石墨烯在技術(shù)路線、標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)石墨烯科技研究與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(xué),、北京大學(xué)、國家納米中心,、中國科學(xué)院金屬研究所,、中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)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?yàn)槭┑母咝?、綠色制備,以及石墨烯在各個功能領(lǐng)域的應(yīng)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(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。產(chǎn)業(yè)方面,,目前我國已成為世界首屈一指的石墨烯生產(chǎn)大國,,現(xiàn)有以寧波墨西科技有限公司、重慶墨??萍加邢薰?、鴻納(東莞)新材料科技有限公司等知名石墨烯生產(chǎn)廠家為首的大量石墨烯生產(chǎn)企業(yè)浮出水面,,根據(jù)公開報(bào)道我國石墨烯產(chǎn)能已達(dá)到萬噸級。
資金推動方面,,以各地方政府的科技經(jīng)費(fèi)支持為引導(dǎo),大量社會資本投入主要支撐石墨烯產(chǎn)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(tuán),、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(kuò)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(zhuǎn)型提供原動力。
二,、北京石墨烯及相關(guān)領(lǐng)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(shí)力最強(qiáng)的地區(qū)。北京聚集了諸如清華大學(xué),、北京大學(xué)、中國航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)公司北京航空材料研究院,、國家納米科學(xué)中心、北京理工大學(xué),、北京航空航天大學(xué)、北京化工大學(xué),、中國航發(fā)北京航空材料研究院等一批進(jìn)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(wù)體系,,幫助產(chǎn)業(yè)落地,、成果轉(zhuǎn)化,將實(shí)驗(yàn)室中的技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)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(lǐng)域也進(jìn)行了長期布局,,從“十二五”初期起即布局了相關(guān)科技項(xiàng)目,,累計(jì)投入科技經(jīng)費(fèi)數(shù)千萬元,,重點(diǎn)支持了石墨烯改性復(fù)合材料、石墨烯薄膜材料,,以及石墨烯相關(guān)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(nèi)頂尖優(yōu)秀團(tuán)隊(duì),包括北京大學(xué)劉忠范院士團(tuán)隊(duì),、中國科學(xué)院化學(xué)研究所劉云圻院士團(tuán)隊(duì),、清華大學(xué)魏飛團(tuán)隊(duì)、北京化工大學(xué)戴黎明團(tuán)隊(duì)等數(shù)十個由各大高校院所院士,、教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)(見表2),,擁有10家石墨烯領(lǐng)域重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和工程技術(shù)中心,在低成本高質(zhì)量石墨烯批量制備,、石墨烯復(fù)合材料、透明導(dǎo)電薄膜及超級電容器制備等領(lǐng)域研發(fā)實(shí)力和技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)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(shù)國際領(lǐng)先,。強(qiáng)大的技術(shù)攻關(guān)能力為北京市石墨烯發(fā)展提供了厚實(shí)的技術(shù)儲備和未來探索潛能,。
產(chǎn)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(diǎn)發(fā)展“高精尖”產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)品為石墨烯散熱材料,、石墨烯鋰離子電池負(fù)極材料等應(yīng)用產(chǎn)品。擁有來自北京理工大學(xué)的高端技術(shù)團(tuán)隊(duì)作為技術(shù)支撐,;北京碳世紀(jì)科技有限公司入駐豐臺科技園,,主要產(chǎn)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(chǎn)品“碳威”已形成規(guī)模銷售,;入駐懷柔科技產(chǎn)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(chǎn),擁有來自清華大學(xué)的頂尖科研團(tuán)隊(duì),,已有南車集團(tuán),、中國航天科工集團(tuán)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(biāo)準(zhǔn)檢測計(jì)量與應(yīng)用服務(wù)的專業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu),。豐泰檢測院與英國NPL開展戰(zhàn)略合作,,使用NPL檢測設(shè)備及技術(shù),,作為NPL的窗口企業(yè),,正在進(jìn)行檢測與服務(wù)平臺建設(shè)。
國務(wù)院于2016年9月18日印發(fā)《北京加強(qiáng)全國科技創(chuàng)新中心建設(shè)總體方案》,,明確了北京加強(qiáng)全國科技創(chuàng)新中心建設(shè)的總體思路,、發(fā)展目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施,。方案指出要重點(diǎn)突破石墨烯材料等一批關(guān)鍵共性技術(shù),引領(lǐng)支撐首都“高精尖”經(jīng)濟(jì)發(fā)展,。北京在石墨烯領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步聚焦石墨烯技術(shù)創(chuàng)新,,發(fā)揮技術(shù)源頭作用,并結(jié)合完善的創(chuàng)業(yè)服務(wù)體系及金融資源為石墨烯領(lǐng)域培育重點(diǎn)企業(yè),。
目前北京市科學(xué)技術(shù)委員會(以下簡稱“北京市科委”)在石墨烯領(lǐng)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(xiàng),。北京市石墨烯科技創(chuàng)新專項(xiàng)計(jì)劃將撥出專門經(jīng)費(fèi)持續(xù)支持石墨烯技術(shù)重大原創(chuàng)性突破與高端應(yīng)用,,兼顧基礎(chǔ)前沿與產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新并行,,力爭在石墨烯材料制備及應(yīng)用等領(lǐng)域取得重大突破,,搶占全球石墨烯科技制高點(diǎn),形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù),。專項(xiàng)啟動同時,,北京市科委成立北京市石墨烯科技創(chuàng)新專項(xiàng)專家委員會。專家委員會囊括北京大學(xué)劉忠范院士,、北京航空材料研究院戴圣龍?jiān)洪L,、清華大學(xué)魏飛教授、國家納米中心趙宇亮研究員等技術(shù)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(chǎn)業(yè)的政產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合。目前,,正在依托專家委員會,編制產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖,,形成凝聚行業(yè)共識的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線,。
二是籌備建設(shè)新型科研機(jī)構(gòu)——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(xué)研究所建設(shè)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(lǐng)銜科學(xué)家給予持續(xù)穩(wěn)定支持,進(jìn)行用人與評價機(jī)制突破創(chuàng)新,,探索培育新型科研機(jī)構(gòu)建設(shè)模式,形成與國際接軌,、符合國情的科研管理和運(yùn)行機(jī)制。
三,、北京市石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議
科技發(fā)展是第一生產(chǎn)力,石墨烯技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展也應(yīng)緊扣技術(shù)攻關(guān),。以石墨烯制備技術(shù)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(shù)尚無法使石墨烯產(chǎn)品性能達(dá)到理想狀態(tài),,且成本過高,阻礙石墨烯產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化,。故石墨烯材料制備工藝的創(chuàng)新突破至關(guān)重要。石墨烯粉體制備需突破大批量綠色制備工藝,,重點(diǎn)攻關(guān)非氧化剝離石墨烯粉體制備技術(shù),。高品質(zhì)單晶石墨烯薄膜的生產(chǎn)技術(shù)目前還處于發(fā)展階段,需重點(diǎn)攻克大面積高品質(zhì)單晶石墨烯薄膜制備工藝及無損剝離工藝,,以適應(yīng)未來石墨烯半導(dǎo)體,、電子元器件的發(fā)展需求,。
目前國內(nèi)石墨烯材料在應(yīng)用中扮演“工業(yè)味精”的角色,應(yīng)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(lǐng)域,一味地追求全面應(yīng)用既不科學(xué),,也不現(xiàn)實(shí)。針對這一現(xiàn)狀,,學(xué)術(shù)界,、產(chǎn)業(yè)界應(yīng)帶頭致力發(fā)掘石墨烯真正的“殺手锏”應(yīng)用,以應(yīng)用帶動技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展,,攻關(guān)真正符合石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心共性技術(shù),。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(chǎn),,以及半導(dǎo)體方面完成了專利布局,,累積了雄厚的技術(shù)經(jīng)驗(yàn),,為下一代半導(dǎo)體技術(shù)革新及發(fā)展柔性電子器件打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),,這是我們可以學(xué)習(xí)借鑒的,。
石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,除了技術(shù)層面的突破,,還需要充分發(fā)揮市場的導(dǎo)向性和政府的引領(lǐng)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(shù)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵要素。政府應(yīng)加大政策和資金扶持力度,,企業(yè)以及社會資本應(yīng)在資金運(yùn)作及產(chǎn)業(yè)規(guī)劃上積極配合政府,,從而形成政產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的健康發(fā)展道路,。