《電子技術應用》
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加快石墨烯上下游整合,應用側推進產(chǎn)業(yè)進程

2021-03-03
來源: 賽迪智庫
關鍵詞: 石墨烯

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       澎湃新聞:目前這個行業(yè)最前沿技術達到什么程度,?中國發(fā)展程度如何,?

  肖勁松:從整個全球來看,石墨烯屬于從研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化的過渡階段,,還沒有真正實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化,。相對而言,中國石墨烯產(chǎn)業(yè)化方面走在世界前列,,國外大都現(xiàn)在還處于研發(fā)階段,。

  國內外發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展走的兩種不同路徑。

  國外并不是從石墨直接制備,,主要還是用含碳的一些氣體,,如甲烷等氣體來進行制備薄膜,。制備的石墨烯膜更多應用在電子信息領域。歐美日走的是這個路徑,。

  中國石墨資源豐富,。這一優(yōu)勢讓中國制備石墨烯膜的路徑也與歐美不同。利用石墨制備石墨烯,,然后添加到其他材料之中,,生產(chǎn)復合材料,這是中國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導路徑,。目前中國石墨烯應用多在醫(yī)療健康,、熱管理、新能源等領域,。由于中國電子信息發(fā)展也是起步,,所以高端石墨烯膜制備和應用尚處于研發(fā)階段。

  從石墨烯技術發(fā)展來看,,中國也較為領先,。中國石墨烯專利技術占了全球百分之六七十,位居全球第一,。

  前兩年國內涌現(xiàn)出了石墨烯熱,,現(xiàn)在已經(jīng)漸趨理性。無論投資界,、研發(fā)領域還是產(chǎn)業(yè)化領域,,大家都認識到新材料的發(fā)展周期比較長,不是短期內就能見效的,。大浪淘沙之后,,很多人退出,還有很多人堅持了下來,。

  中國科學院大學聯(lián)合大連理工大學,,在高質量、大面積,、單層石墨烯的可控合成及其生長激勵研究方面取得重要進展,,實現(xiàn)了大面積高質量單層石墨烯的生長。廈門大學與英國蘭卡斯特大學合作,,在基于石墨烯電極的單分子器件方面取得重要研究進展,,對后續(xù)進一步研究和設計功能多樣的單分子電子器件具有重要的參考價值;中科院金屬所與倫敦大學合作,,設立了基于石墨烯薄膜的全固態(tài)柔性電化學電容器,,不僅保證了整個器件的柔性,還進一步發(fā)展了智能器件。此外,,在石墨烯單晶晶圓制備,、高品質石墨烯散熱膜等領域也取得多項突破。

  02

  澎湃新聞:中國短板在哪里,?

  肖勁松:目前,,中國和西方制備技術都差不多。關鍵是下游應用,,薄膜制成了以后怎么應用,。這方面的差距比較大。

  歐洲,、美國,、日本電子信息比較發(fā)達,所以石墨烯在這個領域能夠很快應用,。中國電子信息產(chǎn)業(yè)基礎比較薄弱,,石墨烯在這一領域的應用也較少。中國市場上涌現(xiàn)的石墨烯產(chǎn)品,,在醫(yī)療,、健康領域比較多,但是目前的這些應用并不能真正體現(xiàn)石墨烯高性能特點,。石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然有許多難題,。

  一是關鍵技術未突破,制約下游大規(guī)模應用,。

  經(jīng)過多年自主研發(fā),,石墨烯在規(guī)?;a(chǎn)技術,、工藝裝備等方面均取得重大進展,但低成本規(guī)?;苽浼夹g,、下游應用技術、綠色制備技術等方面仍存在技術瓶頸,。目前雖然國內石墨烯粉體及薄膜材料都已經(jīng)建成生產(chǎn)線,,并基本實現(xiàn)量產(chǎn),但產(chǎn)品普遍存在尺寸和層數(shù)不均勻,、質量不穩(wěn)定等問題,,難以滿足大規(guī)模工業(yè)化量產(chǎn)的需求。

  從應用場景看,,目前石墨烯主要以添加劑的形式加入基體材料以提升相關性能,,但結構完整的石墨烯表面不含有任何基團,與其它介質的相互作用較弱,很難與其它有機或無機材料實現(xiàn)均勻復合,。因此,,如何在保證石墨烯結構完整的情況下,提高其與基體材料間的相容性,、均勻分散性仍然成為制約石墨烯下游大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應用的關鍵問題,。

  二是以材料生產(chǎn)企業(yè)為主導,下游應用企業(yè)參與度偏低,。

  石墨烯作為一種新材料,,只有實現(xiàn)大規(guī)模成功應用才能真正體現(xiàn)其價值。因此產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須以應用為牽引,,重視下游應用企業(yè)參與,。但目前中國石墨烯參與發(fā)展以科研院所和石墨烯生產(chǎn)企業(yè)為主,受制于部分關鍵技術未突破,、生產(chǎn)成本高,、應用效果不確定等因素,下游應用企業(yè)普遍呈觀望態(tài)度,,參與度偏低,。反觀美、日,、韓等國家,,則均有一批應用領域的領軍企業(yè)參與石墨烯研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化,如美國的IBM,、波音,,日本的松下、韓國的三星等,,從應用需求入手,,推動本國石墨烯產(chǎn)業(yè)化進程。

  三是標準,、檢測體系不完善,,產(chǎn)品魚龍混雜。

  目前中國石墨烯標準化方面雖然取得了一定進展,,但是在下游具體應用產(chǎn)品,、檢測標準、使用標準等方面仍是空白,。從上游材料制備來看,,石墨烯材料有粉體、微片,、漿料,、薄膜等多種類別,,由于缺乏統(tǒng)一的標準,市場上每種材料品種差異較大,、等級規(guī)格各異,、命名規(guī)則不一。由于沒有明確的標準,,目前對石墨烯產(chǎn)品的檢測報告多以材料性能的客觀描述為主,,再加上不同應用領域對石墨烯材料的性能要求也不同,所以沒有統(tǒng)一的標準來區(qū)分材料質量的好壞,,且目前的檢測手段僅僅對來樣原料當時的狀態(tài)負責,,造成市場上各說各話,產(chǎn)品魚龍混雜,。

  03

  澎湃新聞:中國未來的努力方向有哪些,?

  肖勁松:第一要繼續(xù)發(fā)揮中國的資源優(yōu)勢。中國石墨烯資源比較豐富,。目前利用石墨制備的石墨烯,,基本上能滿足現(xiàn)有的石墨烯應用產(chǎn)品和應用領域,但是未來還是要發(fā)揮我們的資源優(yōu)勢,,做一些高端產(chǎn)品,,這就需要下大力氣做好高品質石墨烯材料。

  第二要與電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動結合起來,。從國家層面來說,,更應該鼓勵石墨烯在電子信息領域的應用和石墨烯殺手锏級的應用。國內現(xiàn)在也在這方面做很多探索,,軍工領域和民用領域都有,,例如北京石墨烯研究院在研發(fā)的石墨烯玻璃,中科院半導體所在石墨烯器件方面的研究等,。

  柔性電致方面,,除了智能手機外,5G基站,、服務器,、筆記本電腦等許多領域的關鍵材料,,在兼顧導熱性能和成本的同時,,對石墨烯的導熱需求也越來越多。這是未來的一個方向,。華為發(fā)布的國內首款5G平板MatePadPro5G搭載了超厚3D石墨烯散熱技術,,并在上半年投資了常州富烯科技(主導產(chǎn)品為石墨烯導熱膜、石墨烯導熱片等),,布局石墨烯散熱技術,,在一定程度上引領了電子設備散熱市場的發(fā)展趨勢。隨著華為、小米等頭部企業(yè)持續(xù)加碼石墨烯導熱膜的投資與應用,,必將帶動其他廠商也加速在石墨烯散熱材料,、散熱組件等領域的布局。

  04

  澎湃新聞:未來需要克服哪些困難,?

  肖勁松:石墨烯材料是一個相對比較高端的產(chǎn)品,。目前制膜技術都差不多,關鍵是大規(guī)模做出來,。雖然在實驗室研發(fā)取得了一些進展,,但是石墨烯應用時的穩(wěn)定性等問題還需要去克服。

  技術方面,。首先要制好材料,。不管是膜材料,還是用石墨來做的粉體類材料,。將這些基礎材料做好最關鍵,。目前石墨烯產(chǎn)業(yè)化企業(yè)很多,但是很少有企業(yè)去關注材料,。大家都是能做出來就做出來,,沒有再進一步努力提高材料的品質。所以材料品質一直停留在中低端,。然而,,好材料才能用在高端領域。第二是成本問題,。如何做到大規(guī)模推廣,,然后實現(xiàn)低成本,這很重要,。目前下游應用沒有鋪開,,成本比較高。如果要做高端的,,純度更高,,片成更薄的話,技術要求含量很高,。所以技術和產(chǎn)品的應用開發(fā)都很重要,。

  要推動關鍵核心技術突破。充分發(fā)揮各地石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心,、科研院所和高等院校等的創(chuàng)新力量,,制定石墨烯產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新目錄和技術突破路線圖,組織優(yōu)勢力量開展重大項目和重點應用的技術攻關,,對石墨烯材料規(guī)?;苽?、清潔生產(chǎn)等關鍵技術和成套設備加強攻關,加快關鍵技術成果的轉化,。圍繞新一代信息技術,、新能源汽車、高端裝備等新興產(chǎn)業(yè)領域發(fā)展需求,,堅持需求引導,,開展石墨烯前沿性和戰(zhàn)略性方向、核心技術,、專利和產(chǎn)品的布局,,培育未來市場。盡快研究制定石墨烯技術成熟度路線圖,,對重點企業(yè)技術成熟度,、經(jīng)營狀況、產(chǎn)品銷售等進行評估,,科學評判其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段和發(fā)展前景,。

  其次要強化產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。繼續(xù)深化石墨烯對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉型升級的推動作用,。從傳統(tǒng)產(chǎn)品改性入手,,選擇目前技術較為成熟、量大面廣,、下游用戶認可度偏高的石墨烯散熱材料,、增強復合材料、儲能材料等產(chǎn)品開展應用示范,,充分利用首批次保險補償機制等相關政策,,降低下游用戶使用風險,有效激活石墨烯下游應用市場需求,,推動大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應用,。圍繞新一代信息技術、新能源汽車,、5G,、高端裝備等新興產(chǎn)業(yè)領域發(fā)展需求,堅持需求引導,,開展石墨烯前沿性和戰(zhàn)略性方向,、核心技術、專利和產(chǎn)品的布局,,培育未來市場,。

  人才方面,。石墨烯研發(fā)方面人才不少,,主要由兩部分組成:一類是研究納米材料的人才轉過來的,。石墨烯本身就是一種納米材料,中國原來有一大堆的研究納米材料的,,這些人很多轉向了石墨烯研究,。還有一部分從高分子材料轉過來的。現(xiàn)在主要是兩大類人才在研究石墨烯,。

  但是,,這個領域缺乏產(chǎn)業(yè)化人才、市場化人才以及社會資本方面的一些人才,。

  目前市場上的石墨烯企業(yè)都是小打小鬧的,,好多人直接是從研究院所出來的。結果就是這類人更多側重追求技術,,對產(chǎn)品,、市場不太了解。這樣對產(chǎn)業(yè)發(fā)展不利,。從應用角度,,下游企業(yè)是一定要參與進來的,否則只是把材料做出來,,卻不知道怎么用,。

  人才方面,研發(fā)領域,、成果轉化,、產(chǎn)品開發(fā)類人才,這三個類別對接機制還是不夠,。

  政策方面,。整合優(yōu)勢力量,也要充分發(fā)揮市場作用,,讓市場去篩選,。

  目前石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展過于零散,需要整合,。有的地區(qū)研發(fā)為主,,如北京的研發(fā)力量比較強。深圳寧波這些地方應用比較強?,F(xiàn)在各地單打獨斗,,不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度上,,上下游必須結合起來,。把上游材料企業(yè)和下游應用企業(yè),還有一些相關的研究機構結合起來,,這樣上下游能夠在一個平臺上工作,,可以縮短轉化周期,,加快走向應用層面。

  加強公共服務平臺建設,。圍繞石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點,,依托產(chǎn)業(yè)鏈上下游骨干企業(yè)、科研院所等,,優(yōu)化配置資金,、技術、裝備等資源,,建設一批石墨烯產(chǎn)業(yè)科技服務,、檢驗檢測、質量認證,、人才培訓,、創(chuàng)新孵化等公共服務平臺。公共服務平臺建設要嚴格遵守“政府引導,、市場運作”原則,,積極拓展融資渠道。通過制定風險補償?shù)葍?yōu)惠政策,,引導社會資本進入,,對于地方運行良好的公共服務平臺積極申請國家支持。

  做好國家級制造業(yè)創(chuàng)新中心的籌備,。整合目前國內石墨烯創(chuàng)新中心的優(yōu)勢力量,,盡快組織籌備國家石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心,加強對行業(yè)關鍵技術的前瞻性布局,,做好石墨烯技術轉移擴散和首次商業(yè)化,。創(chuàng)新中心的成員單位要注重下游應用企業(yè),尤其是大型企業(yè)的參與,,建議對下游應用領域企業(yè)的占比及業(yè)內排名提出明確要求?,F(xiàn)有省級創(chuàng)新中心要繼續(xù)加強對下游應用企業(yè)(尤其是龍頭企業(yè))的資源集聚,充分發(fā)揮應用企業(yè)的市場優(yōu)勢,,以市場需求為導向,,加快推動石墨烯的大規(guī)模應用。

 

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