最近幾天，廣西大學(xué)可再生能源材料協(xié)同創(chuàng)新中心的負(fù)責(zé)人沈培康終于松了一口氣。
4月5日，位于廣西大學(xué)內(nèi)的中心三維石墨烯小試基地總體完工。等到核心部分的石墨烯反應(yīng)爐安裝完畢，他們的石墨烯粉體即可批量投產(chǎn)，年產(chǎn)量可達(dá)1.5噸。
這也意味著，沈培康的“烯谷”夢(mèng)又朝著實(shí)現(xiàn)的方向邁出一大步。
1 我的“味精”，讓我成了“大廚”
石墨烯是一種由碳原子緊密排列成六邊形的單碳原子層薄片，厚度只有0.35納米。
與諾貝爾獎(jiǎng)獲得者安德烈·蓋姆發(fā)現(xiàn)石墨烯一樣，沈培康發(fā)現(xiàn)石墨烯粉體的制作方法同樣是出于巧合。
“出發(fā)點(diǎn)本不是做石墨烯，但恰巧做成了一個(gè)三維石墨烯。”2005年左右，沈培康在研究燃料電池催化劑時(shí)，需要用到離子交換技術(shù)制備催化劑。在理論上，一個(gè)原子就可以交換，所以沈培康一開始就希望把催化劑做得很規(guī)則，大小一樣。
然而，隨著研究的推進(jìn)，沈培康發(fā)現(xiàn)，實(shí)際情況卻復(fù)雜得多，比如選擇什么樣的材料作母體材料，沈培康通宵達(dá)旦地一種種材料去進(jìn)行篩選。當(dāng)篩選到石墨時(shí)，他才發(fā)現(xiàn)，利用離子交換法無(wú)法達(dá)到單個(gè)原子級(jí)別，卻由此做出了新穎結(jié)構(gòu)的“三維石墨烯”。
科學(xué)總是在不經(jīng)意間給人驚喜。“石墨烯是二維材料，非常活潑，一旦碰撞在一起就會(huì)變成石墨片，失去了石墨烯的特性。三維的石墨烯，才能有立體、支撐性能，獨(dú)立形成粉體材料，而且不團(tuán)聚，應(yīng)用也更廣泛。”材料學(xué)出身的沈培康立刻敏感地意識(shí)到，石墨烯三維化是二維石墨烯片應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵，值得深挖。
對(duì)于石墨烯粉體的制備方法，沈培康有豐富的技術(shù)儲(chǔ)備。通過(guò)離子交換樹脂一步法合成的三維多級(jí)孔自摻雜(氮、磷、硼等)類石墨烯材料具有包括商用石墨烯在內(nèi)的碳材料不具備的性質(zhì)，更可以成百噸生產(chǎn)，借此研發(fā)不同的下游產(chǎn)品，如鋰電、超級(jí)電容、車體材料等。
“就像廚師一樣，特級(jí)廚師就是比一級(jí)廚師有竅門。”沈培康把石墨烯比作“工業(yè)味精”，而如何添加這份“味精”，讓“食材”更美味，則成了他的獨(dú)門絕技。
2 我的肩膀，扛著一次材料技術(shù)革命
頂著極強(qiáng)導(dǎo)電性、超高強(qiáng)度、高韌性、較高導(dǎo)熱性能等數(shù)層光環(huán)，專家預(yù)言石墨烯將在半導(dǎo)體、光伏、儲(chǔ)能、航天等領(lǐng)域帶來(lái)一次材料技術(shù)革命。
破解了石墨烯產(chǎn)量的難題后，沈培康團(tuán)隊(duì)把重點(diǎn)聚焦在研究新能源材料和車體輕量化材料方向上。
以汽車工業(yè)為例：如果車體輕量化材料開發(fā)成功，只要添加5%的石墨烯，即不到10公斤的石墨烯，重達(dá)五六百公斤的車架，就可以降低30%到50%的重量，而對(duì)于新能源汽車，降低200公斤的重量，換成同等重量的添加了石墨烯電池，續(xù)航里程將進(jìn)一步增長(zhǎng)，新能源汽車將發(fā)生革命性改變。
我國(guó)目前乘用車制造量達(dá)到2000萬(wàn)輛水平，車架重量假設(shè)每輛為500公斤，所需的石墨烯粉體至少25萬(wàn)噸以上，再加上石墨烯的物流、運(yùn)輸，其帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)將超過(guò)萬(wàn)億元。
這意味著，隨著石墨烯產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，圍繞著石墨烯可以形成龐大的產(chǎn)業(yè)鏈，能給地方帶來(lái)巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益!
目前，石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景已引起自治區(qū)的重視。
2016年自治區(qū)政府工作報(bào)告指出——“重點(diǎn)攻克新材料、石墨烯、機(jī)器人、生態(tài)環(huán)保等重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵共性技術(shù)，培育發(fā)展一批具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的大型高新技術(shù)骨干企業(yè)和創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)集群，強(qiáng)化企業(yè)創(chuàng)新主體地位和主導(dǎo)作用。”
攻克石墨烯技術(shù)，發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)，沈培康團(tuán)隊(duì)重任在肩!
3 我的夢(mèng)想，打造中國(guó)的“烯谷”
在廣西大學(xué)可再生能源材料協(xié)同創(chuàng)新中心一樓的研究室里，放著幾個(gè)裝著黑色粉末的小瓶子，這是已經(jīng)被科研人員開展實(shí)際應(yīng)用的石墨烯粉體樣品。
相對(duì)于其他學(xué)科，材料學(xué)的科研人員更注重“接地氣”的產(chǎn)品研發(fā)。
“廣西睿奕新能源有限公司已經(jīng)用上了我們的產(chǎn)品。”目前，該公司ER14250型鋰亞硫酰氯電池添加2%的三維石墨烯材料，10mA和25mA放電電池容量測(cè)試提升20%以上的容量。
“我們希望，能盡快建立中試生產(chǎn)示范基地，組建廣西石墨烯研究院，建設(shè)石墨烯產(chǎn)業(yè)園。由此培養(yǎng)和引進(jìn)石墨烯專業(yè)人才，創(chuàng)建廣西石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)，進(jìn)而打造中國(guó)的烯谷，為廣西乃至全國(guó)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐和引領(lǐng)示范。”
這就是沈培康在廣西的中國(guó)“烯谷”夢(mèng)想。
廣西并非毫無(wú)優(yōu)勢(shì)——有無(wú)形的技術(shù)資產(chǎn)、政府支持、原材料豐富，關(guān)鍵是必須馬上行動(dòng)，搶占產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機(jī)。
兩三個(gè)月前，沈培康還在為這事煩惱。
“自治區(qū)組織各廳局到外地考察，但反饋回來(lái)的信息不是很樂(lè)觀。大家都認(rèn)為，石墨烯的概念太虛，擔(dān)心下游產(chǎn)品研發(fā)跟不上的話，又是竹籃打水一場(chǎng)空。”為此，沈培康反復(fù)解釋，目前國(guó)內(nèi)的制備方法很多，但成本、設(shè)備費(fèi)用、設(shè)備周期、污染等都成問(wèn)題。而且，二維石墨烯在理論上不可能大量生產(chǎn)石墨烯粉體材料，市場(chǎng)上說(shuō)的石墨烯粉體材料實(shí)際上指的是氧化石墨烯，而氧化石墨烯不是石墨烯。所以，廣西大學(xué)的技術(shù)是目前世界上唯一能生產(chǎn)三維石墨烯粉體材料的技術(shù)。這恰恰是廣西大學(xué)的優(yōu)勢(shì)——成本低，具有競(jìng)爭(zhēng)性;不是石墨片，特性強(qiáng)……
一直以來(lái)，自治區(qū)給予了大力支持。4月1日下午，南寧市政府與廣西大學(xué)在南寧高新區(qū)舉行現(xiàn)場(chǎng)辦公會(huì)，雙方就加快推進(jìn)石墨烯研究及其產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目落戶南寧生態(tài)產(chǎn)業(yè)園進(jìn)行研究和部署。
4月12日至14日，自治區(qū)黨委常委、自治區(qū)常務(wù)副主席唐仁健率團(tuán)赴深圳市考察，其中就包括石墨烯產(chǎn)業(yè)。
目前，在廣西大學(xué)的強(qiáng)力支持下，廣西北部灣石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司已注冊(cè)成功，石墨烯中試基地廠房和裝修正在進(jìn)行，科技項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目也將獲得經(jīng)費(fèi)支持。
在不久的將來(lái)，廣西石墨烯產(chǎn)業(yè)或許會(huì)因?yàn)檫@點(diǎn)火星，燃起燎原大火。“或許，這個(gè)過(guò)程仍很漫長(zhǎng)，難免碰上挫折、失敗，但夢(mèng)想總是要有的，只要我們邁開步子，皆有可能。”沈培康說(shuō)。
