在重慶兩江新區(qū)設(shè)立的為什麼是二維新材料研究院，而不是石墨烯研究院？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-25 13:00
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諾貝爾獎（重慶）二維材料研究院總經(jīng)理金湛介紹，該研究將重點建設(shè)運營二維材料推廣應(yīng)用中心，以及材料制備與表征、石墨烯輸運性能應(yīng)用、石墨烯基智能穿戴應(yīng)用、能源材料與器件、功能涂料應(yīng)用等重點實驗室。
不過現(xiàn)階段研究院將以石墨烯應(yīng)用、石墨烯規(guī)?；苽浜臀⒓{結(jié)構(gòu)測量表征為方向，專注於核心技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化，計劃構(gòu)建科研與孵化、成果轉(zhuǎn)化與資本、高端人才與產(chǎn)業(yè)化服務(wù)3個板塊。
研究院在運營上擬採用“雙研發(fā)基地”模式，其中，基礎(chǔ)理論研究由英國曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究院及英國曼徹斯特大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊承擔(dān)﹔相應(yīng)技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用研發(fā)、孵化轉(zhuǎn)化及中小試驗由研究院承擔(dān)。
“研究院團(tuán)隊規(guī)模將在5年內(nèi)達(dá)到100人，同時力爭在二維材料的成果轉(zhuǎn)化、孵化產(chǎn)業(yè)化項目、專利授權(quán)、申報重點實驗室等多個方面取得突破。”金湛說。4月20日，諾貝爾獎（重慶）二維材料研究院項目簽約落戶兩江新區(qū)。這個項目由曼徹斯特大學(xué)教授、諾貝爾獎獲得者——諾沃肖洛夫牽頭組建。
該研究院將與英國曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究院形成“雙研發(fā)基地”模式，最終按照“中英在石墨烯領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)‘強強聯(lián)合’”的目標(biāo)，建成中英石墨烯領(lǐng)域合作研發(fā)的典范。
英國曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究院在國際首屈一指
石墨烯是一種二維碳納米材料，具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來鋰電池革命性的材料。
英國曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究院在國際石墨烯研究領(lǐng)域首屈一指，被譽為全球石墨烯科研活動的中心。全球眾多機構(gòu)紛紛尋求與英國曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究院進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。
而諾沃肖洛夫教授更因為從石墨中成功分離出石墨烯，獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。2015年10月23日，習(xí)近平主席參觀英國曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究院時，為習(xí)近平介紹石墨烯研究情況的正是諾沃肖洛夫教授。
從收到邀請到最終敲定隻用了半年時間
是什麼原因促成諾沃肖洛夫、英國曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究院與重慶聯(lián)手？
諾沃肖洛夫接受重慶日報記者採訪時表示，自己做出落戶重慶兩江新區(qū)這個決定非常迅速，從收到兩江新區(qū)的邀請，到最終敲定，隻用了半年時間。
這半年裡，他對兩江新區(qū)進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)這裡快速聚集了多所高校和研發(fā)機構(gòu)，有良好的創(chuàng)新氛圍﹔而重慶市出臺了以大數(shù)據(jù)智能化為引領(lǐng)的創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃，還有智能穿戴設(shè)備、電子產(chǎn)品等能轉(zhuǎn)化石墨烯研究成果，實現(xiàn)最終應(yīng)用的場景，於是他迅速決定落戶重慶兩江新區(qū)。
重慶日報記者了解到，近年來，重慶大力發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)，如兩江新區(qū)建設(shè)了重慶兩江烯成石墨烯材料應(yīng)用研究院，高新區(qū)則打造了重慶首個石墨烯產(chǎn)業(yè)園，還培育壯大了觸控屏、晶體管等石墨烯下游產(chǎn)業(yè)鏈，為石墨烯技術(shù)發(fā)展提供了豐富的應(yīng)用場景。
研究方向不僅僅局限於石墨烯領(lǐng)域
在重慶兩江新區(qū)設(shè)立的為什麼是二維新材料研究院，而不是石墨烯研究院？
重慶日報記者了解到，二維材料是指電子僅可在兩個維度的非納米尺度上自由運動的材料，石墨烯只是二維材料的一種，二維材料的范圍和用途比石墨烯更廣。日，位於蘇州工業(yè)園區(qū)的高通新材料科技有限公司與中國制造業(yè)500強企業(yè)——柳工集團(tuán)達(dá)成合作，一種新型石墨烯材料，將與傳統(tǒng)潤滑油一起添加到柳工集團(tuán)的機械產(chǎn)品中，成為機械產(chǎn)品的“保護(hù)神”。
石墨烯作為目前發(fā)現(xiàn)的厚度最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型材料，被科學(xué)家稱為“新材料之王”。如何讓它的一身本領(lǐng)施展出來，成為科學(xué)家和各大企業(yè)爭相研究的超級熱點。蘇州高通新材料科技有限公司用獨創(chuàng)的化學(xué)合成法制備出新型石墨烯材料，成為高端應(yīng)用的典范。
不完美的“新材料之王”
距離石墨烯結(jié)緣諾貝爾獎不到九年，被寄予厚望的“新材料之王”，卻逐漸陷入了尷尬的“無用論”爭議境地。究其根源，正是石墨烯的一些特性“闖了禍”。
結(jié)構(gòu)完整的石墨烯化學(xué)穩(wěn)定性高，表面呈惰性狀態(tài)，使其難溶於水及常用的有機溶劑，與其他介質(zhì)的相互作用較弱，並且石墨烯片與片之間有較強的范德華力，容易產(chǎn)生聚集，這給石墨烯的進(jìn)一步研究和應(yīng)用造成了極大的困難。
同時，界面問題影響著石墨烯功能的發(fā)揮。石墨烯雖然可以和不少材料結(jié)合，但是結(jié)合的程度不同，石墨烯性能發(fā)揮的也不同。
除此以外，很多企業(yè)在生產(chǎn)石墨烯下游產(chǎn)品時，將目光聚焦在涂料防腐、導(dǎo)電發(fā)熱、纖維織物等方向，然而這些產(chǎn)品中添加的石墨烯都具有可替代性，並不能有效體現(xiàn)石墨烯的特有性能。
“這些產(chǎn)品中添加的石墨烯更像是一種噱頭，並不能真的發(fā)揮石墨烯的特殊性能。”高通公司總經(jīng)理蔣永華道出了自己的觀察。他認(rèn)為，目前國內(nèi)各種石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品層出不窮，但是體現(xiàn)高附加值和石墨烯獨特性能的產(chǎn)品卻是鳳毛麟角。
新技術(shù)帶領(lǐng)企業(yè)突出重圍
近年來，高通公司通過從石油化工、天然氣、煤化工等行業(yè)獲取原材料，以化學(xué)合成法制備石墨烯產(chǎn)品，在中國、日本、歐盟、韓國等國家和地區(qū)拿到專利授權(quán)……
“在當(dāng)下很多企業(yè)在低端產(chǎn)品爭搶石墨烯紅利之時，我們已在石墨烯的高端應(yīng)用領(lǐng)域大有斬獲。”蔣永華表示，國際上有很多企業(yè)都在生產(chǎn)石墨烯，但能生產(chǎn)結(jié)構(gòu)“零缺陷”的高品質(zhì)石墨烯的企業(yè)卻可謂少之又少，“我們另辟蹊徑，基於原創(chuàng)的化學(xué)合成法，融合了化學(xué)氣相沉積法和石墨烯粉體制備兩者的優(yōu)勢，制備出了高分散性、高穩(wěn)定性、低成本的功能化石墨烯，最大限度地發(fā)揮了石墨烯的獨特性，與下游應(yīng)用的‘迫切需求’準(zhǔn)確對接”。
同時，高通公司的制備原料有別於常規(guī)的石墨，不僅來源比石墨廣，還能通過技術(shù)合成來提升石墨烯的性能。
在花了幾年時間潛心開發(fā)、探索了幾十個方向后，高通公司最終將重點聚焦在了新型碳素材料、硅碳負(fù)極、潤滑油添加劑等技術(shù)領(lǐng)域。
通過創(chuàng)新工藝，在單一碳材料中引入功能化石墨烯，高通公司歷時3年突破關(guān)鍵技術(shù)難題，制備出了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型碳素材料。該項目制備技術(shù)和產(chǎn)品性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，填補了國內(nèi)空白，打破了國外公司長期壟斷的高端市場。
這些新型石墨烯廣泛應(yīng)用於燃料電池雙極板、航空航天密封件、軍工、核電等高端行業(yè)，也應(yīng)用於3C電子行業(yè)、汽車行業(yè)、機械行業(yè)等傳統(tǒng)行業(yè)。
蔣永華告訴記者，硅碳負(fù)極材料是新能源汽車的一大利器。硅的能量密度是現(xiàn)有鋰電池用負(fù)極材料石墨的10倍以上，但是，硅在使用中出現(xiàn)了一些亟待解決的問題，其中硅在反應(yīng)中出現(xiàn)的體積膨脹問題最為明顯。
研究人員運用功能化石墨烯包覆有機硅再燒結(jié)工藝，制備了顆粒均勻，以單質(zhì)硅形式存在的硅碳復(fù)合材料，完美解決了硅在反應(yīng)中的膨脹問題，大大提高了電池的循環(huán)壽命。且各項性能匹敵納米氧化亞硅材料，成本還降低2/3。
在潤滑油中，石墨烯同樣可以大展身手。運用高分子合成的石墨烯具備很好的分散性，其表面有很多官能團(tuán)，可以輕易嫁接其他相親的材料。蔣永華說，這種石墨烯可以在潤滑油中長期穩(wěn)定存在，使原本普通的潤滑油具備了更好的耐磨和降噪功能，更能守護(hù)機械“健康”。記者18日獲悉，運用最新石墨烯重防腐涂料新技術(shù)和金屬材質(zhì)相結(jié)合研制的我國首臺可循環(huán)使用石墨烯金剛煅燒爐，已由中國晶體新材料控股有限公司研制成功。其煅燒時間比傳統(tǒng)的耐火磚煅燒爐節(jié)省1/3，將極大提高合成雲(yún)母片的質(zhì)量和效率。
該成功研發(fā)單位，中晶新材董事戴中秋說，合成雲(yún)母主要應(yīng)用於化妝品、裝飾材料和新能源汽車等領(lǐng)域。目前，國際上普遍採取的傳統(tǒng)耐火磚煅燒爐，含鐵成分高、雜質(zhì)多，質(zhì)量難以保証，煅燒出的合成雲(yún)母片后期處理成本也高。尤其以往使用耐火磚耗時費力，破損耐火磚成為固廢處理難度大，不符合當(dāng)前我國環(huán)保政策，嚴(yán)重制約著合成雲(yún)母產(chǎn)業(yè)發(fā)展。此次石墨烯金剛煅燒爐研制歷時4年，攻克了從基礎(chǔ)材料到設(shè)計到工藝技術(shù)的一系列核心難題。其研發(fā)團(tuán)隊相關(guān)專家透露，該新型石墨烯金剛煅燒爐最大的亮點在於煅燒時間比傳統(tǒng)的耐火磚煅燒爐節(jié)省三分之一，55小時就可以出爐，不僅可節(jié)約電費、人工等生產(chǎn)成本近萬元，且原料利用率達(dá)95％，極大提高了合成雲(yún)母片的質(zhì)量。從目前採用高新煅燒爐試驗性來看，生產(chǎn)出的合成雲(yún)母片無雜質(zhì)、片薄、柔軟性好，能大大降低后期處理成本。
“該成果將打破全球合成雲(yún)母的生產(chǎn)方式，更將推進(jìn)中國合成雲(yún)母產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。”中晶新材董事戴中秋說，企業(yè)自成立以來，面對激烈的市場競爭和生產(chǎn)成本的上漲，堅持實施科技創(chuàng)新，加大技術(shù)改造，不斷優(yōu)化和改良生產(chǎn)合成雲(yún)母的煅燒爐
