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中国石墨烯产业“梦之队”在崛起

来源: 科技日报  作者: 华凌   2014-12-02 11:56  编辑: 郑唯


中国石墨烯产业“梦之队”在崛起
——常州西太湖科技产业园发挥集聚效应协同创新纪实
本报记者 华凌

  2014年11月12日,常州第六元素材料科技股份有限公司在北京成功进入“新三板”上市,成为国内首家石墨烯上市企业。

  

 

  2013年2月,诺奖得主康斯坦丁·诺沃肖洛夫爵士在中国国务院发展研究中心,接受江南石墨烯研究院名誉理事长冯冠平馈赠由中国制造的全球首款石墨烯触屏手机。

 

  “这是真的吗?真是用石墨烯做的手机?”诺奖得主康斯坦丁·诺沃肖洛夫爵士2013年2月在中国国务院发展研究中心意外收到一份稀罕之物——全球首款石墨烯触屏手机时惊异地问道。他和其导师因研究二维材料石墨烯开创性实验而获2010年诺贝尔物理学奖,而仅二三年后,竟亲眼所见石墨烯从实验室走向市场的产品。

  “当然,你若不相信,请自己检测一下吧!”赠与礼物的江南石墨烯研究院名誉理事长冯冠平笑答。后来,诺沃肖洛夫每逢遇到中国代表团访问即会展示这一独特的手机。这使得他2012年在《自然》上发表的石墨烯路线图中的第一个应用——触摸屏成为现实,恐怕这是史上诺奖成果最快的转化。

  这款惊艳的手机出品于坐落在风景如画西太湖畔的常州石墨烯科技产业园。那里,正在崛起一支中国石墨烯产业“梦之队”,刷新着一个又一个第一……

  首家石墨烯上市企业诞生

  乍一看,有神奇材料之称、曾比黄金价格还昂贵的石墨烯貌不惊人。科技日报记者在国内首家主营石墨烯业务、常州第六元素材料科技股份有限公司展示的几个玻璃瓶中,看到了它的黑色粉体和黛青色液态“真身”,掂量下分量很轻。当然,对于这种目前世界上最薄、仅为头发丝二百万分之一的纳米材料,用肉眼无法将其一一辨清。

  美国哥伦比亚大学一个研究小组经过大量试验,发现石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料。据测算,如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋的薄膜(厚度约100纳米),它能承受大约两吨重物品的压力,而不至于断裂。同时,良好的导电性将极大地防止电化学腐蚀的发生。

  研究人员说,只将极微量石墨烯粉末添加到涂料中,其性能要远远超过目前市场上最好的涂料。若采用以石墨烯为主体的烯锌型防护涂料,其耐腐蚀性能是传统环氧富锌底漆的4倍以上。将其应用于海上风电设备不仅优化性能,还大幅降低成本,一份石墨烯可替代传统涂料中50份锌粉,目前锌粉价格每吨14000元。在分别用含有石墨烯的涂料和传统涂料涂过的钢板在经重击和强化腐蚀对比试验后,记者看到前者完好如初,呈现出非凡的抗腐蚀和抗击打能力,而后者已经变形破损和斑驳锈蚀。

  2013年11月,第六元素向石墨烯粉体产业化进程迈出了突破性的一大步,100吨氧化石墨烯/石墨烯粉体生产线正式投产,使石墨烯生产由公斤级向吨级迈进,将大幅度降低石墨烯粉体的应用成本,主要应用于超级电容器、锂离子电池电极材料等。相关产品获得了德国TUV NORD IS9001石墨烯质量管理体系认证。

  今年11月12日,第六元素成功进入“新三板”上市,终结了之前国内石墨烯股只停留在概念的阶段,成为这一行业首个真实股。中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春指出,这在国内推进石墨烯粉体产业化的进程上具有里程碑意义。

  从创业发展到现在的成果,对于留美博士、第六元素董事长瞿研真是始料未及。他感慨地对科技日报记者说,“当初我回国创业心里根本没底,因为这个行业技术门槛相当高,对国内创业环境也没过高期望值。而真没想到会发展得这么快,天时、地利、人和,我赶上了海归回国创业的好时候!”

  他说,首先,是我们用化学方法制备石墨烯的生产工艺率先被具有慧眼的时任深圳清华研究院院长冯冠平老师看中,积极说服我把这项技术带回国进行科技成果转化。落户常州西太湖科技产业园后,得到了当地政府在各方面的鼎力支持,加速了创业成功。如果我仍留在美国创业,从环境、人力等因素来看,很难发展到如此规模。就连我的导师、美国德克萨斯大学奥斯汀分校著名石墨烯领域学者Rod Roff教授来第六元素考察时都赞叹不已。

  政府搭台、市场运作新尝试

  短短二三年,像瞿研这样的海归石墨烯创新创业团队目前在常州西太湖科技产业园已涌入15个,集聚第六元素等石墨烯及相关碳材料企业20多家。那么,常州究竟是靠什么吸引力法则能够hold得住具有国际科研一线水准的石墨烯企业及人才呢?

  常州市副市长王成斌在接受科技日报记者采访时答道,“偶然之中有必然。常州多年来致力于建设创新型生态城市,以市场为导向,大力集聚国内外创新资源走开放创新之路。我们一直都在关注跟踪国际、国内重大的科技创新成果,选择引进不再是‘跟从’,而是与世界同步创新发展的高新技术,网络先进的企业和英才;再有,常州本身具有发展石墨烯产业的土壤,如良好的工业基础,在碳纤维、新材料等方面已有国内一流的产业基地。还有一个重要的因素是,我们在引进人才和项目的过程中注重发挥市场的作用。当常州在大海捞针引进人才时,刚好有二三个海外石墨烯团队进入视线,由于这个领域尚处于世界前沿,地方政府一时无法判断其离产业化有多远,但是若有项目被创投和企业通过甄别看中了,我们就决定来支持。”

  在创新驱动方面,当地政府是如何发力的呢?王成斌说,“在创新初始阶段,投入大、风险高,这个时候政府鼎力扶持很重要,于是,2011年5月常州市委、市政府果断决策,由市、区、西太湖科技产业园三级财政共同出资5000万元成立江南石墨烯研究院作为载体,采取集聚放大、协同创新的思路加速产业发展,并启动建设了世界一流的石墨烯科技产业园——常州市石墨烯科技产业园,打造‘东方碳谷’,其将成为江苏乃至国内最大的石墨烯产业协同创新应用示范园区。”

  企业初创,尤其需要第一桶金的支持。常州政府如同及时雨实行风险补偿的资助政策。王成斌介绍说,“地方政府资助新兴企业,并非完全无偿,例如一个项目投入800万,其中300万是天使基金无偿给予、200万算借给企业(以国债利息计算三年后退出)、300万同股同权。政府投资不为赚钱,只为支持企业创业和坚定团队的信心。截至目前,常州已投资了109个项目。”

  园区围绕石墨烯产业已基本形成了“政府引导、企业主体、风险补偿”的投融资服务体系。碳材料专项资金每年专辟500万元设立“助保贷”基金,用于成长期石墨烯企业银行贷款的险补偿;2012年4月,江南石墨烯研究院联合常州西太湖科技产业园(武进经发区)管委会,领衔组建了注册资金为8500万元的江苏格瑞石墨烯创业投资有限公司,为创业团队提供资金支持。目前已对4个重点入驻项目进行了投资,额度达1475万元;今年5月,设立三年两亿元的碳材料专项资金重点扶持石墨烯企业做强做大。围绕石墨烯科技产业园重点平台建设,园区已先后投资近20亿元。

  据2014年全国石墨烯产业发展顶层设计论坛点评,常州石墨烯产业发展不仅速度快、产业实,而且配套好、后劲大,是全国石墨烯产业发展的“领头羊”。

  专业性服务平台助力成果转化

  “人们常说科技成果转化难,究竟难在哪里呢,我认为主要‘卡’在不知如何与下游企业对接上,而我们作为全球首家从事石墨烯应用研究与产业孵化的专门机构,就是要帮助企业找到突破口,往工程化推行。”江南石墨烯研究院张朝晖院长在接受科技日报记者采访时如是说。

  在常州西太湖科技产业园里,起着智囊团、孵化器等作用的江南石墨烯研究院设立在一栋平实的深灰色小楼里。据资料显示,研究院成立三年来取得了丰硕的成果,令常州石墨烯产业发展后劲十足。其引进并培育了20多家高科技企业,产品涉及石墨烯透明导电薄膜材料、储能器件电极材料、复合材料、散热器件、生物医药等领域;取得科研成果7项,并转化形成高性能人工石墨膜、石墨烯电容式触摸屏、高比表面积石墨烯、石墨烯电缆和石墨烯涂料等多项产品;其与入驻企业(团队)共申请专利123件,占我国获得国外相关专利的1/4,其中68%的发明专利84件、授权专利21件。

  张朝晖院长介绍说,研究院的由来特别,最初由引进战略型新兴产业回国经验丰富的冯冠平老师带领,看好石墨烯的无限前景,选中第六元素和二维碳素这两支海外回国团队,在地方政府的大力支持下,研究院便应这两家企业而生。主要围绕搭建平台、引进人才、孵化企业和培育产业开展工作,为国内外的石墨烯创新团队找到集聚之地,并把往下游发展的企业尽可能多地汇集到一起。

  他说,在孵化培育企业方面,研究院不仅授之于鱼而且授之以渔,降低每一个创新团队的经济成本和人力成本。不单纯是提供厂房,更重要的是提供专业性的细致服务,体现在设备、试验、检测和能力建设等方面,甚至是科技推广。例如,有个石墨烯涂料企业,其研发的新品一直苦于找不到有意愿应用生产的企业,但经过研究院当天上午介绍,下午就有企业上门接洽,第二天便表示可以签约合作。此外,研究院还采取类似于创新工厂的作法,跟随团队及项目一段时期,助力其走向市场。

  目前,研究院已建成14000平方米的集科研(含百级净化、千级净化、万级净化区域)、办公为一体的综合性研发基地;研发人员40名(领军人才8人、双聘人员7人)、博士9人、硕士31人;建有石墨烯薄膜材料、石墨烯新能源、石墨烯生物医药、石墨烯生长机理、石墨烯复合材料等12个专业实验室和先进碳材料分析测试中心;拥有场发射扫描电镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱仪、激光热导仪、元素分析仪等检验检测设备,价值2000万元以上,获批“江苏省先进碳材料检测分析测试中心”;在标准方面,获批建立“全国钢标准化技术委员会碳素材料分技术委员会(TC183/SC15)石墨烯工作组”。

  创新研发能力是决定着未来竞争力的法宝。研究院与在孵企业共承担各级各类科研项目50多项,包括国家火炬计划项目、省产业技术研究院、省战略性新型产业平台、省工业支撑重点项目等项目,争取科研经费超过5000万元。

  率先开启石墨烯产业化大幕

  当石墨烯因诺奖“一夜成名”后,公开消息显示,石墨烯研究已是世界上规模最大的材料科研项目,国际市场预计,这种极具开发潜力的新材料一旦量产将成为下一个万亿级产业。目前英、美、韩和日本以及欧盟高度重视,竞相布局,抢占这片“蓝海”的科技和产业制高点。

  然而,迄今在国际上石墨烯尚未形成产业化,大规模量产是世界性难题。为打造一个百亿规模的特色产业,常州率先开启了石墨烯产业化的大幕,规划宏量制备,力推下游发展应用。

  王成斌介绍说,“当政、产、学、研、资本等都通络后,我们重点要解决的是‘用’的难题。在产业园中对进驻的企业已精心布局,形成上下游产业链,前面有制造石墨烯材料的企业:如采取氧化还原法生产的第六元素、采取化学气相沉积法的二维碳素;后面是致力于石墨烯应用的企业,涉及航天涂料、石墨烯电容器、显示器件、海水淡化、基因测序等领域。经过5年左右的努力,园区将实现石墨烯销售50亿元,带动石墨烯下游相关应用产品500亿元,集聚石墨烯相关企业50家、创新创业团队超过50个,引领支撑常州先进碳材料产业的发展。”

  他说,为进一步推进产学研协同发展,2013年7月由江南石墨烯研究院、常州二维碳素等骨干企业,和南京大学、东南大学等57家企业、院校联合发起成立了非营利性创新组织——江苏省石墨烯产业技术创新战略联盟,以石墨烯产业创新发展为主题,吸引海内外科研院所、高等院校参与,将把产业链、创新链与服务链的各方资源集聚在一起,大大提升常州石墨烯产业的发展能力。到目前为止,联盟走访会员企业60多家,提炼出一些重大课题,为晨光涂料、柏鹤涂料等企业就石墨烯在导电涂料、耐腐蚀涂料的应用提供产学研对接交流服务30次,专题组织苏州纳米所石墨烯成果、研究院碳材料成果、石墨烯新型纺织材料成果等对接会专项活动20多次,寻找石墨烯产品与产业园相关产业合作应用的突破口,促成研究院与相关企业达成技术服务案例8个,合同金额达600万元。

  在常州石墨烯产业发展的进程中,从创建到发展、引进企业及人才等方面起到关键作用的江南石墨烯研究院名誉理事长冯冠平说,当前石墨烯材料的价格虽然偏高,1吨售价约在100万元到300万元(取决于产品型号),而其作为一种可替代硅元素的基础材料应用广泛,随着石墨烯产业下游开拓能力的提升,应用市场的打开,未来有可能使石墨烯从“黑金子”的价格卖到“白菜价”。

  他语重心长地对记者说:“目前在世界上,中国石墨烯的科研发展水准是与世界同步而语的,未来有可能起到领跑作用,现在进入了疯狂创业时期。我现已退休,按常理可功成身退、颐享天年,但这对于一个多年从事科研的人来说是令人振奋之事,有责任担当先行实践的推动者。”

  不久前,英国著名科学杂志《自然》主编专门致电冯冠平,详细核实了常州在石墨烯方面的科研成果,尔后发表文章称:对欧盟2011年启动的“石墨烯旗舰计划“的施行表示担忧,因为欧洲虽然发表了很多石墨烯的研究论文,但未来在应用领域及产业化方面的发展中心恐怕在亚洲。


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