在重慶兩江新區設立的為什麼是二維新材料研究院，而不是石墨烯研究院？
来源：宝鄂实业
2019-04-25 13:00
点击量：次
諾貝爾獎（重慶）二維材料研究院總經理金湛介紹，該研究將重點建設運營二維材料推廣應用中心，以及材料制備與表征、石墨烯輸運性能應用、石墨烯基智能穿戴應用、能源材料與器件、功能涂料應用等重點實驗室。
不過現階段研究院將以石墨烯應用、石墨烯規模化制備和微納結構測量表征為方向，專注於核心技術攻關和產業化，計劃構建科研與孵化、成果轉化與資本、高端人才與產業化服務3個板塊。
研究院在運營上擬採用“雙研發基地”模式，其中，基礎理論研究由英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究院及英國曼徹斯特大學研發團隊承擔﹔相應技術和產品的應用研發、孵化轉化及中小試驗由研究院承擔。
“研究院團隊規模將在5年內達到100人，同時力爭在二維材料的成果轉化、孵化產業化項目、專利授權、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。這個項目由曼徹斯特大學教授、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國家石墨烯研究院形成“雙研發基地”模式，最終按照“中英在石墨烯領域實現‘強強聯合’”的目標，建成中英石墨烯領域合作研發的典范。
英國曼徹斯特大學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，具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來锂电池革命性的材料。
英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究院在國際石墨烯研究領域首屈一指，被譽為全球石墨烯科研活動的中心。全球眾多機構紛紛尋求與英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究院進行技術研發。
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獎。2015年10月23日，習近平主席參觀英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究院時，為習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、英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究院與重慶聯手？
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這個決定非常迅速，從收到兩江新區的邀請，到最終敲定，隻用了半年時間。
這半年裡，他對兩江新區進行了考察，發現這裡快速聚集了多所高校和研發機構，有良好的創新氛圍﹔而重慶市出台了以大數據智能化為引領的創新發展戰略行動計劃，還有智能穿戴設備、電子產品等能轉化石墨烯研究成果，實現最終應用的場景，於是他迅速決定落戶重慶兩江新區。
重慶日報記者了解到，近年來，重慶大力發展石墨烯產業，如兩江新區建設了重慶兩江烯成石墨烯材料應用研究院，高新區則打造了重慶首個石墨烯產業園，還培育壯大了觸控屏、晶體管等石墨烯下游產業鏈，為石墨烯技術發展提供了豐富的應用場景。
研究方向不僅僅局限於石墨烯領域
在重慶兩江新區設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，位於蘇州工業園區的高通新材料科技有限公司與中國制造業500強企業——柳工集團達成合作，一種新型石墨烯材料，將與傳統潤滑油一起添加到柳工集團的機械產品中，成為機械產品的“保護神”。
石墨烯作為目前發現的厚度最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型材料，被科學家稱為“新材料之王”。如何讓它的一身本領施展出來，成為科學家和各大企業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的化學合成法制備出新型石墨烯材料，成為高端應用的典范。
不完美的“新材料之王”
距離石墨烯結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”。
結構完整的石墨烯化學穩定性高，表面呈惰性狀態，使其難溶於水及常用的有機溶劑，與其他介質的相互作用較弱，並且石墨烯片與片之間有較強的范德華力，容易產生聚集，這給石墨烯的進一步研究和應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揮。石墨烯雖然可以和不少材料結合，但是結合的程度不同，石墨烯性能發揮的也不同。
除此以外，很多企業在生產石墨烯下游產品時，將目光聚焦在涂料防腐、導電發熱、纖維織物等方向，然而這些產品中添加的石墨烯都具有可替代性，並不能有效體現石墨烯的特有性能。
“這些產品中添加的石墨烯更像是一種噱頭，並不能真的發揮石墨烯的特殊性能。”高通公司總經理蔣永華道出了自己的觀察。他認為，目前國內各種石墨烯應用產品層出不窮，但是體現高附加值和石墨烯獨特性能的產品卻是鳳毛麟角。
新技術帶領企業突出重圍
近年來，高通公司通過從石油化工、天然氣、煤化工等行業獲取原材料，以化學合成法制備石墨烯產品，在中國、日本、歐盟、韓國等國家和地區拿到專利授權……
“在當下很多企業在低端產品爭搶石墨烯紅利之時，我們已在石墨烯的高端應用領域大有斬獲。”蔣永華表示，國際上有很多企業都在生產石墨烯，但能生產結構“零缺陷”的高品質石墨烯的企業卻可謂少之又少，“我們另辟蹊徑，基於原創的化學合成法，融合了化學氣相沉積法和石墨烯粉體制備兩者的優勢，制備出了高分散性、高穩定性、低成本的功能化石墨烯，最大限度地發揮了石墨烯的獨特性，與下游應用的‘迫切需求’准確對接”。
同時，高通公司的制備原料有別於常規的石墨，不僅來源比石墨廣，還能通過技術合成來提升石墨烯的性能。
在花了幾年時間潛心開發、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、硅碳負極、潤滑油添加劑等技術領域。
通過創新工藝，在單一碳材料中引入功能化石墨烯，高通公司歷時3年突破關鍵技術難題，制備出了擁有自主知識產權的新型碳素材料。該項目制備技術和產品性能達到國際先進水平，填補了國內空白，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，也應用於3C電子行業、汽車行業、機械行業等傳統行業。
蔣永華告訴記者，硅碳負極材料是新能源汽車的一大利器。硅的能量密度是現有鋰電池用負極材料石墨的10倍以上，但是，硅在使用中出現了一些亟待解決的問題，其中硅在反應中出現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工藝，制備了顆粒均勻，以單質硅形式存在的硅碳復合材料，完美解決了硅在反應中的膨脹問題，大大提高了電池的循環壽命。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，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和金屬材質相結合研制的我國首台可循環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。其煅燒時間比傳統的耐火磚煅燒爐節省1/3，將極大提高合成雲母片的質量和效率。
該成功研發單位，中晶新材董事戴中秋說，合成雲母主要應用於化妝品、裝飾材料和新能源汽車等領域。目前，國際上普遍採取的傳統耐火磚煅燒爐，含鐵成分高、雜質多，質量難以保証，煅燒出的合成雲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，不符合當前我國環保政策，嚴重制約著合成雲母產業發展。此次石墨烯金剛煅燒爐研制歷時4年，攻克了從基礎材料到設計到工藝技術的一系列核心難題。其研發團隊相關專家透露，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的耐火磚煅燒爐節省三分之一，55小時就可以出爐，不僅可節約電費、人工等生產成本近萬元，且原料利用率達95％，極大提高了合成雲母片的質量。從目前採用高新煅燒爐試驗性來看，生產出的合成雲母片無雜質、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母的生產方式，更將推進中國合成雲母產業的高質量發展。”中晶新材董事戴中秋說，企業自成立以來，面對激烈的市場競爭和生產成本的上漲，堅持實施科技創新，加大技術改造，不斷優化和改良生產合成雲母的煅燒爐
