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青能所研發(fā)的石墨烯動(dòng)力電池。(青島市科學(xué)技術(shù)信息研究院供圖)
石墨烯運(yùn)用廣泛,從耐火材料、電極,到航空航天、軍事等高端應(yīng)用,都有廣闊空間。青島是全國天然石墨三大主產(chǎn)地之一,且出產(chǎn)以工業(yè)價(jià)值最大的鱗片石墨為主,儲(chǔ)量約占全國的22%,年產(chǎn)量約占全國的1/3。但島城石墨產(chǎn)品存在“低出高進(jìn)”的現(xiàn)狀,以資源型開采為主,高端石墨烯產(chǎn)品等還有很大開發(fā)空間。
石墨儲(chǔ)量占全國22%
石墨烯越來越成為公眾關(guān)注的科研課題,它未來廣泛的應(yīng)用前景為人們所期待。近日,記者從青島市科學(xué)技術(shù)信息研究院獲悉,該所接受高新區(qū)的委托,從去年開始對(duì)島城石墨烯及先進(jìn)碳材料的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、研究情況、前景、規(guī)劃等進(jìn)行研究。
“青島有很悠久的開采石墨的歷史,解放前就有石墨礦的開采,現(xiàn)在東北很多石墨礦也是青島人在開采的?！鼻鄭u市科學(xué)技術(shù)信息研究院燕光譜博士介紹,石墨烯大批量的生產(chǎn)主要從石化產(chǎn)品中提煉,但高品質(zhì)石墨烯還是從石墨中制備。我國已探明的石墨礦儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的75%,產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的72%。青島是全國天然石墨三大主產(chǎn)地之一,且出產(chǎn)以工業(yè)價(jià)值最大的鱗片石墨為主,儲(chǔ)量約占全國的22%,年產(chǎn)量約占全國的1/3。青島目前的石墨礦主要集中在萊西市和平度市,其中萊西市探明的石墨礦石品位高,產(chǎn)品為優(yōu)質(zhì)大鱗片石墨,是全國石墨產(chǎn)業(yè)主要生產(chǎn)加工基地。
可以說,青島發(fā)展石墨烯及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的先天資源優(yōu)勢(shì)十分明顯。
產(chǎn)業(yè)低端化需突破
但燕光譜介紹,島城的石墨產(chǎn)業(yè)一直以來比較成熟,但還停留在比較低端的加工狀態(tài)。石墨烯產(chǎn)值目前也還比較少,到產(chǎn)業(yè)化還有段距離?！笆?yīng)用最主要的是在電子領(lǐng)域,但目前青島還主要停留在研究階段?！睋?jù)介紹,目前島城石墨制備石墨烯,在工業(yè)上多用來做坩堝等耐火材料,也有做電極的,還是以資源的初級(jí)加工為主,而先進(jìn)石墨加工整個(gè)中國市場(chǎng)都存在差距,高級(jí)產(chǎn)品以進(jìn)口為主?！?br>
目前,德國、日本、瑞士、美國等國家高端石墨深加工企業(yè)遍布,這些國家的石墨深加工技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,基本壟斷了石墨深加工的先進(jìn)技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)。高純石墨、核能石墨、氟化石墨、膨脹石墨、浸硅石墨、石墨衍生物等產(chǎn)品已經(jīng)在國外形成大規(guī)模產(chǎn)業(yè),而核能石墨、氟化石墨、浸硅石墨只有歐美國家才能生產(chǎn),他們采用從石墨礦產(chǎn)輸出國低價(jià)購進(jìn)石墨初加工產(chǎn)品經(jīng)過深加工后高價(jià)返賣,賺取巨額利潤。發(fā)達(dá)國家的碳纖維行業(yè)發(fā)展也已基本成熟,世界碳纖維生產(chǎn)主要集中在日本、英國、美國、法國、韓國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家。
與高端院所高校合作
為此,島城尋求突破。青島匯集了多家材料領(lǐng)域研發(fā)機(jī)構(gòu),是國內(nèi)重要的材料研發(fā)和生產(chǎn)聚集地之一。本市采取與高校、科研院所共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及引進(jìn)技術(shù)開發(fā)中試基地等方式,大力推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作,建有海洋涂料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、青島市纖維材料與現(xiàn)代紡織國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地、化工與環(huán)境學(xué)院國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)基地等。“目前,青島產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制已初步形成,科技創(chuàng)新服務(wù)體系建設(shè)初見成效?！?br>
眾多的科研機(jī)構(gòu)、高校和企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室促進(jìn)了石墨烯及先進(jìn)碳材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,可實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜的大面積、高品質(zhì)、低成本連續(xù)生長,利用物理剝離法以高分子作為媒介也已成功分離出石墨烯,即將進(jìn)入中試。另外,石墨烯在海洋防腐防污涂料、紡織品生產(chǎn)中的研究也已進(jìn)入中試階段。無論在石墨烯制備的原材料、技術(shù)和設(shè)備,還是在復(fù)合材料、電子信息、儲(chǔ)能、環(huán)保等石墨烯應(yīng)用研究領(lǐng)域,青島都具備雄厚的科技研發(fā)實(shí)力和豐富的創(chuàng)新資源。
年初,島城企業(yè)青島華高墨烯科技股份有限公司在新三板上市,成為國內(nèi)第三家以石墨烯產(chǎn)品為主營業(yè)務(wù)的上市公司。
■應(yīng)用
石墨烯可用于電池輪胎
石墨烯到底是怎么造出來的?能給我們生活帶來怎樣的改變?石墨烯最初是用透明膠帶粘出來的,透明膠帶粘上石墨,多次對(duì)折粘貼拉開,當(dāng)膠帶上的石墨層薄到只有一個(gè)碳原子的厚度時(shí),石墨層也就變成了石墨烯。
此外還可以用貴金屬沉積法,就是用溶劑溶解石墨后,讓其在金、鉑等貴金屬上沉積,但這樣的制備存在一些缺陷。工業(yè)上大批量生產(chǎn)會(huì)從化工產(chǎn)品中提煉,但是這樣做的純度不如石墨制備。
石墨烯應(yīng)用廣泛,目前青能所在石墨烯電池領(lǐng)域的研究走在前面,島城各個(gè)大學(xué)也開展了相關(guān)的研究。華高墨烯也在開展相關(guān)的應(yīng)用研究。該公司首創(chuàng)研發(fā)的石墨烯導(dǎo)靜電輪胎,利用石墨烯的導(dǎo)電性能能隨時(shí)導(dǎo)出車體靜電,汽車特別是易燃易爆品運(yùn)輸車使用該輪胎,在輪胎3～5年使用壽命期內(nèi)可靠消除靜電危害,杜絕靜電災(zāi)難。
本報(bào)記者 李曉哲
（來源：半島網(wǎng)-半島都市報(bào)）
