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从江苏看国内石墨烯产业存在问题及对策!

北极星储能网  来源:石墨烯资讯  作者:李健 池全峰  2017/9/29 11:42:05  我要投稿  

北极星储能网讯:我国在石墨烯的研究和开发方面与国际先进水平一直保持同步,江苏石墨烯产业发展水平总体在全国名列前茅,但是也面临着产业发展两头堵(高质量石墨烯原材料的制备与石墨烯下游应用产品的开发)、小微企业难以壮大、行业及产品标准有待建立、生产性服务业相对滞后、石墨烯工程技术人才缺乏等发展困境,特别是各地盲目上马石墨烯项目导致产业发展混乱。

石墨烯在电学、力学、导热散热、光学和高比表面积等性能方面独特优异,因而具有广阔的应用前景,自发现以来备受世界各国政府、产业界和学术界的高度重视。我国在石墨烯的研究和开发方面与国际先进水平一直保持同步,特别是在石墨烯产业化技术方面处于国际前列。

但是,我国石墨烯行业也面临着产业发展两头堵(高质量石墨烯原材料的制备与石墨烯下游应用产品的开发)、小微企业难以壮大、行业及产品标准有待建立、生产性服务业相对滞后、石墨烯工程技术人才缺乏等发展困境,特别是各地盲目上马石墨烯项目导致产业发展混乱。

江苏的石墨烯产业发展水平总体在全国名列前茅,面对国内和国际的激烈竞争,通过坚持依托江苏产业齐全创新能力强的优势,加强与石墨原料产地的合作,从石墨烯产业的原料、材料、部件、器件到装备的全产业链开展布局,找准切入点解决重点环节的技术瓶颈,在一些典型应用领域实现产业化,由点及面推动石墨烯产业的全面突破。

一、石墨烯及其产业发展现状

石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和较高的比表面积,近年来受到极大重视,被誉为“改变21世纪的神奇材料”、“万能材料”等。有学者认为,石墨烯在我国正成为一个“不以价格竞争模式发展、真正依靠不断创新前行的产业。”

石墨烯是由碳原子形成的六边形晶格结构并具有单层片状的二维新材料,是迄今为止已知材料中最薄的一种,其厚度仅有0.34纳米,是构成其他石墨材料的基本单元。据有关文献报道,石墨烯的优越性能主要表现在几个方面:

(1)超强的导电性。石墨烯的电子迁移率在室温下可以达到15000cm2/(v.s),是硅的100倍;电阻率比铝、铜和银低很多,只有10-6Ω.cm左右。

(2)超高导热性。石墨烯的导热系数高达5300W/m˙K,导热性能是铜、铝等金属的数10倍,优于碳纳米管。

(3)超强力学性能。石墨烯的断裂强度是钢铁的100倍,硬度更是超过金刚石。

(4)高透光性。石墨烯的透光率高达97.7%,吸光率非常之小。

(5)超高比表面积。石墨烯的比表面积达到2630m2/g,每克石墨烯比普通活性炭高出1130m2/g。

石墨烯因其独特性能,自发现以来受到电子、航天军工、锂离子电池、超级电容器、新能源、新材料等诸多领域的广泛关注,但由于其成本过高,一直都处于研究阶段。当前,世界各国均已认识到石墨烯的广阔应用前景,正在形成技术研发和产业投资的高潮。在国家战略层面,发达国家把石墨烯作为一项影响未来国家核心竞争力的技术,大力支持石墨烯产品的研发和商业化。

美国联邦政府2010年提出45亿美元巨资资助石墨烯的研发,力图在最前沿领域取得领跑地位。英国政府在2011年将石墨烯列为四大战略性新兴产业之一,并投入5000万英镑打造全球领先的石墨烯研发和产业化中心。韩国政府计划从2012年开始,连续六年累计提供2.5亿美元用于资助石墨烯的研发和产业化应用研究。欧盟也把石墨烯上升到“旗舰项目”的战略高度,从2013年开始,计划连续十年投入10亿欧元的专项经费用于石墨烯的研发。

二、石墨烯产业发展的现状及问题:以江苏为案例

2015年5月18日,国家金融信息中心指数研究院在江苏省常州市发布了全球首个石墨烯指数报告———《新华(常州)石墨烯指数报告》。该报告从竞争潜力、竞争行为和竞争绩效3个维度综合评价了全球10个石墨烯产业发展较好的国家。

评价结果显示,全球石墨烯产业综合实力前三的国家依次为美国、日本和中国,其中美国处在相对领先的位置,日本、中国得分较接近;韩国、英国、德国和新加坡处在第二梯队;加拿大、澳大利亚和巴西位于第三梯队。国家2014年11月份公布的《关键材料升级换代工程实施方案》明确:到2016年,全面推动石墨烯实现批量稳定生产和规模应用,这预示着石墨烯迎来巨大产业空间。

江苏石墨烯产业在技术研发及产业化方面已经走在了全国前列,成为全国石墨烯产业发展的领头羊。

1.地区集聚效应凸显,产业链条初步形成。江苏省作为国内较早发展石墨烯的省份,形成了常州、无锡、南京、苏州、泰州等地区石墨烯产业集聚发展的态势(图1)。其中,常州市已建成国家级石墨烯新材料高新技术产业化基地。此外,江苏省也初步形成了集石墨烯设备研发、产品生产、下游应用的完整产业链。

2.构筑人才集聚高地,激发创新创业活力。截止2015年上半年,常州江南石墨烯研究院累计引进石墨烯高端人才57名(博士15人、硕士35人、领军人才7人)。常州石墨烯科技产业园累计引进石墨烯创新创业团队13个,集聚包括3家上市公司在内的石墨烯企业40多家。近年来,无锡通过实施“东方硅谷”海外人才引进和培育计划,吸引众多石墨烯领域的高层次人才落户无锡,形成了以项目为基础引进人才,以人才为核心发展产业的良性互动。

3.积极搭建创新载体,服务平台日趋完善。江苏省已建成多个石墨烯产业服务平台(见表1)。2011年成立的江南石墨烯研究院是我国首个石墨烯研究与产业孵化机构,拥有13个专业实验室。2013年,无锡市和无锡惠山区两级政府共同出资成立“无锡石墨烯技术及应用研发研究中心”,搭建集应用研发、质量检测、科技合作、宣传展示等于一体的公共服务平台。

4.建立合理金融体系,助推产业创新发展。2011年5月起,常州和无锡两市先后设立2亿元的“碳材料专项资金”,常州市更是明确成立总规模不少于20亿元的创业投资基金,通过补贴、配套、奖励、跟进投资等方式,支持石墨烯产业链上企业发展。根据相关规划,常州石墨烯科技产业园将争取到2015年实现石墨烯相关产业规模突破150亿元,打造我省最大的石墨烯生产基地及国家级石墨烯产业特色基地,进一步做强“东方碳谷”品牌。

江苏省虽然在石墨烯领域表现突出,尤其是应用领域走在全国前列,但仍然面临诸多挑战。

一是石墨烯相关研究机构和生产企业低水平重复研究的现象比较普遍。

二是传统技术基础和知识产权战略意识薄弱。多数企业还处于尝试性探索阶段,产业化所需的高质量、大尺寸、低成本的石墨烯制备技术并不成熟。

三是石墨烯产业发展壮大面临双重困境。石墨烯产品向高端发展面临市场需求小,投资大的难题。产品向低端发展面临产量大带来环评、废料处理难等问题。具体形成原因为:

(1)石墨烯技术产业发展缺乏总体规划和引导。

(2)在产业上下游、产学研合作、知识产权转移等方面尚未建立有效的资源共享机制,导致资源分割。

(3)企业对高校科研成果能否实现产业化持怀疑态度;部分高校也没有将产学研结合和成果市场化提到应有的高度。

(4)石墨烯生产企业多为小微企业,在自身发展过程中存在融资难、融资贵等问题,限制了企业做大做强。

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