青能所研发的石墨烯动力电池。(青岛市科学技术信息研究院供图)
石墨烯运用广泛,从耐火材料、电极,到航空航天、军事等高端应用,都有广阔空间。青岛是全国天然石墨三大主产地之一,且出产以工业价值最大的鳞片石墨为主,储量约占全国的22%,年产量约占全国的1/3。但岛城石墨产品存在“低出高进”的现状,以资源型开采为主,高端石墨烯产品等还有很大开发空间。
石墨储量占全国22%
石墨烯越来越成为公众关注的科研课题,它未来广泛的应用前景为人们所期待。近日,记者从青岛市科学技术信息研究院获悉,该所接受高新区的委托,从去年开始对岛城石墨烯及先进碳材料的产业现状、研究情况、前景、规划等进行研究。
“青岛有很悠久的开采石墨的历史,解放前就有石墨矿的开采,现在东北很多石墨矿也是青岛人在开采的。”青岛市科学技术信息研究院燕光谱博士介绍,石墨烯大批量的生产主要从石化产品中提炼,但高品质石墨烯还是从石墨中制备。我国已探明的石墨矿储量占世界总储量的75%,产量占世界总产量的72%。青岛是全国天然石墨三大主产地之一,且出产以工业价值最大的鳞片石墨为主,储量约占全国的22%,年产量约占全国的1/3。青岛目前的石墨矿主要集中在莱西市和平度市,其中莱西市探明的石墨矿石品位高,产品为优质大鳞片石墨,是全国石墨产业主要生产加工基地。
可以说,青岛发展石墨烯及相关产业的先天资源优势十分明显。
产业低端化需突破
但燕光谱介绍,岛城的石墨产业一直以来比较成熟,但还停留在比较低端的加工状态。石墨烯产值目前也还比较少,到产业化还有段距离。“石墨烯应用最主要的是在电子领域,但目前青岛还主要停留在研究阶段。”据介绍,目前岛城石墨制备石墨烯,在工业上多用来做坩埚等耐火材料,也有做电极的,还是以资源的初级加工为主,而先进石墨加工整个中国市场都存在差距,高级产品以进口为主。
目前,德国、日本、瑞士、美国等国家高端石墨深加工企业遍布,这些国家的石墨深加工技术已经相当成熟,基本垄断了石墨深加工的先进技术和知识产权。高纯石墨、核能石墨、氟化石墨、膨胀石墨、浸硅石墨、石墨衍生物等产品已经在国外形成大规模产业,而核能石墨、氟化石墨、浸硅石墨只有欧美国家才能生产,他们采用从石墨矿产输出国低价购进石墨初加工产品经过深加工后高价返卖,赚取巨额利润。发达国家的碳纤维行业发展也已基本成熟,世界碳纤维生产主要集中在日本、英国、美国、法国、韩国等少数发达国家。
与高端院所高校合作
为此,岛城寻求突破。青岛汇集了多家材料领域研发机构,是国内重要的材料研发和生产聚集地之一。本市采取与高校、科研院所共建重点实验室及引进技术开发中试基地等方式,大力推进产学研合作,建有海洋涂料国家重点实验室、青岛市纤维材料与现代纺织国家重点实验室培育基地、化工与环境学院国家重点实验室培训基地等。“目前,青岛产学研合作机制已初步形成,科技创新服务体系建设初见成效。”
众多的科研机构、高校和企业重点实验室促进了石墨烯及先进碳材料研发和产业化,可实现石墨烯薄膜的大面积、高品质、低成本连续生长,利用物理剥离法以高分子作为媒介也已成功分离出石墨烯,即将进入中试。另外,石墨烯在海洋防腐防污涂料、纺织品生产中的研究也已进入中试阶段。无论在石墨烯制备的原材料、技术和设备,还是在复合材料、电子信息、储能、环保等石墨烯应用研究领域,青岛都具备雄厚的科技研发实力和丰富的创新资源。
年初,岛城企业青岛华高墨烯科技股份有限公司在新三板上市,成为国内第三家以石墨烯产品为主营业务的上市公司。
■应用
石墨烯可用于电池轮胎
石墨烯到底是怎么造出来的?能给我们生活带来怎样的改变?石墨烯最初是用透明胶带粘出来的,透明胶带粘上石墨,多次对折粘贴拉开,当胶带上的石墨层薄到只有一个碳原子的厚度时,石墨层也就变成了石墨烯。
此外还可以用贵金属沉积法,就是用溶剂溶解石墨后,让其在金、铂等贵金属上沉积,但这样的制备存在一些缺陷。工业上大批量生产会从化工产品中提炼,但是这样做的纯度不如石墨制备。
石墨烯应用广泛,目前青能所在石墨烯电池领域的研究走在前面,岛城各个大学也开展了相关的研究。华高墨烯也在开展相关的应用研究。该公司首创研发的石墨烯导静电轮胎,利用石墨烯的导电性能能随时导出车体静电,汽车特别是易燃易爆品运输车使用该轮胎,在轮胎3～5年使用寿命期内可靠消除静电危害,杜绝静电灾难。
本报记者 李晓哲
（来源：半岛网-半岛都市报）
