牛祿青

新材料是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的基石，也是各個(gè)領(lǐng)域孕育新技術(shù)、新產(chǎn)品、新裝備的“搖籃”

新材料是材料工業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)，被世界公認(rèn)為21世紀(jì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的基石，也是各個(gè)領(lǐng)域孕育新技術(shù)、新產(chǎn)品、新裝備的“搖籃”。

石墨烯作為先進(jìn)碳材料，被美國麥肯錫公司認(rèn)為是改變世界未來的12項(xiàng)變革性技術(shù)之一，也是聯(lián)合國2013年初認(rèn)定的人類未來兩大領(lǐng)軍產(chǎn)業(yè)之一。自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯引起了世界各國的研發(fā)和投資熱潮。石墨烯是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最薄、最硬的新材料，比金剛石還堅(jiān)硬，是鋼鐵機(jī)械強(qiáng)度的100倍。此外，石墨烯還具有超強(qiáng)的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、透光性、柔韌性和極高的比表面積等優(yōu)異特性，有望成為21世紀(jì)新材料紀(jì)元的引領(lǐng)者和帶動(dòng)者。

《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出，積極開發(fā)石墨烯等前沿新材料。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，石墨烯在觸摸屏、電子器件、儲(chǔ)能電池、顯示器、傳感器、半導(dǎo)體、航天軍工、新能源、復(fù)合材料、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域擁有巨大的市場前景。

此外，被譽(yù)為工業(yè)界“黑色黃金”的碳纖維，是國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)不可或缺的戰(zhàn)略性新材料，也是先進(jìn)復(fù)合材料最重要的增強(qiáng)體之一，技術(shù)含量高，輻射面廣，帶動(dòng)力強(qiáng)。由于碳纖維又輕又堅(jiān)硬，其重量不到鋼的四分之一，但抗拉強(qiáng)度是鋼的10倍，而且具有耐高溫、防輻射、耐水、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，所以它廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍工、能源裝備、海洋工程、交通運(yùn)輸、建筑工程、體育休閑等領(lǐng)域。

對(duì)鋼鐵、鋁合金等傳統(tǒng)材料的替代，是碳纖維應(yīng)用推廣的主要?jiǎng)恿?。專家稱，“以塑代鋼”是21世紀(jì)的必然趨勢(shì)，推進(jìn)汽車、飛行器、機(jī)械設(shè)備等產(chǎn)品的輕量化以降低油耗，應(yīng)對(duì)資源和環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

【石墨烯】產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用箭在弦上

自石墨烯問世以來，關(guān)于石墨烯的科學(xué)研究進(jìn)展迅速，其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用也在持續(xù)升溫。美國、歐盟、韓國、日本等都發(fā)布或資助了一系列相關(guān)研究計(jì)劃和項(xiàng)目，大力促進(jìn)石墨烯技術(shù)及其應(yīng)用研究。

中國在石墨烯研究領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家同處于起跑階段，文獻(xiàn)發(fā)表量和專利數(shù)量已位居全球首位。而且中國具有石墨資源豐富的天然優(yōu)勢(shì)，因此擁有在全球石墨烯及其應(yīng)用領(lǐng)域占領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)的難得機(jī)遇。

2013年12月18日，無錫市加快推進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展新聞發(fā)布會(huì)在無錫惠山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)召開。會(huì)上，無錫市政府發(fā)布了《無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要（2013～2020年）》（以下簡稱《規(guī)劃》）。這是中國地方層面第一部促進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體規(guī)劃。

《規(guī)劃》提出，力爭通過5—7年的發(fā)展，在無錫建成具有“科研集中、產(chǎn)業(yè)集聚、技術(shù)創(chuàng)新、帶動(dòng)輻射”等功能的省內(nèi)領(lǐng)先、國內(nèi)一流，國際具有一定影響力的石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范基地。

無錫市委常委、常務(wù)副市長黃欽表示，無錫將充分發(fā)揮政府有形的手和市場無形的手來推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)示范區(qū)的集聚效應(yīng)，建立起政、產(chǎn)、學(xué)、研一體的強(qiáng)強(qiáng)合作體系，力爭成為無錫轉(zhuǎn)型發(fā)展的典范。

未來，無錫將規(guī)劃形成惠山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)為無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)核心?；萆浇?jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)規(guī)劃占地面積1100-1300畝，重點(diǎn)建設(shè)“一區(qū)二中心”?！耙粎^(qū)”即無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)，分為研發(fā)孵化區(qū)、加速發(fā)展區(qū)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用區(qū)和綜合配套區(qū)四個(gè)功能區(qū)。“二中心”即“無錫市石墨烯技術(shù)及應(yīng)用研發(fā)中心”和已獲批籌建為江蘇省石墨烯檢測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的“江蘇省石墨烯質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心”。

無錫市發(fā)改委副主任許可介紹說，無錫將利用當(dāng)?shù)匦酆竦漠a(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和石墨烯產(chǎn)業(yè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，把石墨烯打造成支柱產(chǎn)業(yè)之一。重點(diǎn)發(fā)展微電子、超級(jí)電容器、透明導(dǎo)電薄膜、導(dǎo)熱材料、復(fù)合材料、超級(jí)催化劑、電線電纜、環(huán)保產(chǎn)業(yè)等8大領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用推廣。

到2015年，無錫的石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到50億元，到2020年，爭取突破300億元。無錫市財(cái)政今后兩年統(tǒng)一安排2億元資金，用于支持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

無錫市惠山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管委會(huì)副主任沈偉良透露，對(duì)在示范區(qū)注冊(cè)的石墨烯研發(fā)團(tuán)隊(duì)將提供最高額度80萬左右的資金扶持，而且入住企業(yè)可以租賃或無償使用由政府提供的生產(chǎn)檢測設(shè)備和公共服務(wù)平臺(tái)，研發(fā)場地一律免租金，此外，還可享受江蘇省和無錫市已公布的其他優(yōu)惠政策。

根據(jù)《規(guī)劃》，無錫將以重點(diǎn)應(yīng)用示范項(xiàng)目為突破口，包括石墨烯宏量制備及應(yīng)用、石墨烯新型顯示應(yīng)用、石墨烯導(dǎo)熱膜應(yīng)用、石墨烯復(fù)合材料應(yīng)用及石墨烯環(huán)保吸附材料應(yīng)用。

中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長李義春表示，無錫擁有產(chǎn)能和制造技術(shù)全國第一的微電子產(chǎn)業(yè)、約占全國產(chǎn)值一半的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)、占據(jù)全國產(chǎn)量四分之一的電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)以及國內(nèi)領(lǐng)先的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)等，這些產(chǎn)業(yè)集群都能與石墨烯有效對(duì)接，勢(shì)必引爆革命性的技術(shù)進(jìn)步和巨大的市場潛能。

目前，無錫集聚了格菲薄膜、第六元素、力合光電、愛維特等一批核心企業(yè)。格菲電子研發(fā)的國內(nèi)首條石墨烯傳感器生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，年產(chǎn)石墨烯透明導(dǎo)電薄膜8萬平方米，各類觸屏達(dá)1000萬片。格菲電子已自行研發(fā)成功適用于石墨烯薄膜量產(chǎn)的生產(chǎn)設(shè)備及工藝，成為國內(nèi)乃至全球首家擁有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)、實(shí)現(xiàn)石墨烯規(guī)?；瘧?yīng)用于觸摸屏的企業(yè)。第六元素已經(jīng)具有年產(chǎn)50噸石墨烯粉體的生產(chǎn)能力，價(jià)格和質(zhì)量可以滿足下游產(chǎn)品的研發(fā)應(yīng)用。力合光電已形成年產(chǎn)1000萬部的4英寸手機(jī)觸摸屏、手機(jī)蓋板生產(chǎn)線、SENSOR傳感器生產(chǎn)線等3大部件生產(chǎn)線。

愛維特成功研制并發(fā)售了全國首款雙層多點(diǎn)石墨烯觸控手機(jī)，此款手機(jī)具有低碳環(huán)保、材質(zhì)纖硬、清晰通透及觸控靈敏的特點(diǎn)，2013年首批試產(chǎn)了兩千余臺(tái)，并在淘寶上銷售一空。公司明年將擴(kuò)大生產(chǎn)至數(shù)萬臺(tái)，而且與力合光電共同研發(fā)的柔性屏手機(jī)有望2014年面世。

近年來，無錫大力支持以石墨烯為代表的新材料產(chǎn)業(yè)，在石墨烯技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用方面走在了全國前列。中國石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在國內(nèi)設(shè)立的首個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)就落戶無錫。李義春透露，除無錫外，目前青島也與聯(lián)盟簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，寧波、濟(jì)寧等地都在落實(shí)中。

2013年12月20日，墨西科技千噸級(jí)石墨烯生產(chǎn)線項(xiàng)目首期工程——年產(chǎn)300噸石墨烯規(guī)模生產(chǎn)線在寧波慈溪正式落成投產(chǎn)。據(jù)墨西科技方面介紹，這是全球最大規(guī)模的石墨烯材料生產(chǎn)線，率先突破了石墨烯的低成本量產(chǎn)技術(shù)，破解了石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用過程中品質(zhì)與成本之間難以兼顧的難題。墨西科技方面稱，掌握了將石墨烯制造成本從每克5000元降到每克3元的“獨(dú)門秘笈”。

寧波市政府對(duì)上述項(xiàng)目充滿期待，并擬定了“石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開發(fā)”專項(xiàng)實(shí)施方案。按照相關(guān)規(guī)劃，到2016年，寧波市石墨烯相關(guān)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到20億元。

據(jù)了解，上海也將發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)，浦東新區(qū)正籌備建立臨港石墨烯產(chǎn)業(yè)園區(qū)，并力爭“國家石墨烯檢驗(yàn)監(jiān)測中心”落戶浦東。

日前，泰州巨納新能源有限公司研制的商用石墨烯飛秒光纖激光器（Fiphene）問世，這也是全球首臺(tái)商用石墨烯飛秒光纖激光器。同時(shí)，該激光器還創(chuàng)造了脈沖寬度最短（105fs）和峰值功率最高（70kW）兩項(xiàng)石墨烯飛秒光纖激光器世界紀(jì)錄。

飛秒光纖激光器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，包括激光成像、全息光譜及超快光子學(xué)等科研應(yīng)用，以及激光材料精細(xì)加工、激光醫(yī)療（如眼科手術(shù)）、激光雷達(dá)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的飛秒光纖激光器核心器件——半導(dǎo)體飽和吸收鏡（SESAM）采用半導(dǎo)體生長工藝制備，成本很高，且技術(shù)由國外壟斷。在飛秒光纖激光器領(lǐng)域，石墨烯被認(rèn)為是取代SESAM的最佳材料。

“很多人認(rèn)為，石墨烯產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間還早，我之前講過兩到三年初見成效，現(xiàn)在更明確地告訴大家，產(chǎn)業(yè)化大發(fā)展的天賜良機(jī)到了?！鼻迦A大學(xué)深圳研究院創(chuàng)始院長馮冠平教授說，而且石墨烯的價(jià)格會(huì)很快降下來，性能會(huì)大幅提升，石墨烯對(duì)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)意義重大。

對(duì)此，李義春深有同感，他表示，目前石墨烯研發(fā)進(jìn)展極快，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用大大超出預(yù)期。此前預(yù)計(jì)2020年才能完成的應(yīng)用，極有可能在2015年就能實(shí)現(xiàn)。而石墨烯標(biāo)準(zhǔn)的制定，將引導(dǎo)行業(yè)走上健康發(fā)展軌道。

在2013年12月8日于江蘇泰州召開的中國石墨烯標(biāo)準(zhǔn)化論壇上，中國石墨烯標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)正式成立，共有委員52人，基本涵蓋了國內(nèi)從事石墨烯相關(guān)工作的主要專家、學(xué)者及企業(yè)家。與會(huì)代表討論了石墨烯材料的名詞術(shù)語、定義及石墨烯標(biāo)準(zhǔn)體系模型和工作路線圖。

12月31日，中國石墨烯標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)正式發(fā)布中國石墨烯第1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)“石墨烯材料的名詞術(shù)語與定義”，并于2014年1月1日起實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)是國內(nèi)乃至國際上首個(gè)明確給出石墨烯關(guān)鍵名詞術(shù)語和定義的標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)行業(yè)有序發(fā)展以及中國搶占國際石墨烯標(biāo)準(zhǔn)制定的話語權(quán)具有非常重要的戰(zhàn)略意義。

此外，中國石墨烯研究及檢測公共服務(wù)平臺(tái)也在泰州啟動(dòng)，主要為國內(nèi)相關(guān)單位提供專業(yè)的石墨烯性能檢測與結(jié)構(gòu)表征服務(wù)。迄今，石墨烯檢驗(yàn)檢測平臺(tái)已分別在泰州、無錫、內(nèi)蒙古等地建立，形成了互補(bǔ)性、開放性和兼容性的檢測網(wǎng)絡(luò)。

目前，除中國以外，還沒有任何國家建立石墨烯行業(yè)組織，國際石墨烯標(biāo)準(zhǔn)至今也處于缺位狀態(tài)，中國石墨烯第1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，預(yù)示著中國石墨烯標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)走在世界最前沿。為保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，聯(lián)盟還將于2014年8月召開首屆國際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)，并成立國際石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。

隨著石墨烯標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布、檢測平臺(tái)的建立以及產(chǎn)業(yè)鏈的完善，石墨烯大規(guī)模應(yīng)用指日可待。

【碳纖維】打破壟斷贏拐點(diǎn)

碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料，其含碳量高于90%，是新一代高性能增強(qiáng)纖維，可用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得。

2005年，全球碳纖維市場僅為9億美元，2013年或超過100億美元，預(yù)計(jì)到2022年有望達(dá)到400億美元，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用進(jìn)入全新的時(shí)代。

我國是碳纖維需求大國，2011年我國碳纖維市場規(guī)模達(dá)到6811.22噸，然而，受供應(yīng)不足的影響，國內(nèi)碳纖維市場發(fā)展較為緩慢。

據(jù)專家介紹，我國碳纖維的生產(chǎn)和使用尚處于起步階段，主要是小絲束，品質(zhì)接近或達(dá)到T300水平，且不穩(wěn)定，與國外先進(jìn)水平尚有差距，導(dǎo)致應(yīng)用受限，市場規(guī)模狹小。當(dāng)前世界發(fā)達(dá)國家的碳纖維在航空航天、工業(yè)應(yīng)用、體育休閑應(yīng)用占比分別為22%、61%、17%，而我國應(yīng)用比例為4%、31%、65%。

國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)副主任李克健表示，隨著我國由工業(yè)大國向工業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，航空航天、汽車和風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域的技術(shù)水平和規(guī)模會(huì)大幅度提升，碳纖維等新型復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域和消費(fèi)量也將隨之增長。

“對(duì)傳統(tǒng)材料的替代，關(guān)鍵是要考慮成本因素，如果成本相同，用戶愿選擇性能更優(yōu)的碳纖維?！?中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長端小平說。在降低成本方面，我國碳纖維的研發(fā)生產(chǎn)起了主要作用。2008年，當(dāng)我國企業(yè)宣布T300碳纖維實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)時(shí)，這一規(guī)格產(chǎn)品的國際價(jià)格就由每公斤500元降至120元以下；2012年，當(dāng)高性能的T700級(jí)碳纖維在我國實(shí)驗(yàn)成功時(shí)，這一規(guī)格產(chǎn)品的國際價(jià)格又從每公斤400元降至160元。

伴隨低成本化趨勢(shì)，碳纖維在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，預(yù)計(jì)到2020年，我國碳纖維需求量將達(dá)到2.2萬噸。其中，工業(yè)領(lǐng)域的需求將提高至75%。

作為爭奪未來國際競爭優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)性材料，長期以來，高性能碳纖維的核心技術(shù)被西方國家壟斷和封鎖，我國不僅難以買到高端產(chǎn)品、設(shè)備，甚至學(xué)術(shù)交流也對(duì)我國嚴(yán)格保密。一方面，以美日為首的發(fā)達(dá)國家始終保持對(duì)中國碳纖維行業(yè)嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，尤其是在聚丙烯腈（PAN）原絲生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)口方面，即使我國加入了世界貿(mào)易組織，也沒有多少改變。長期以來，國外的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)，使我國國防工業(yè)和航空產(chǎn)業(yè)對(duì)相關(guān)材料的需求常常陷于“無米之炊”的境地，一些國防工程甚至要通過特殊渠道獲取急需的碳纖維材料。

另一方面，世界各大碳纖維生產(chǎn)商加快了產(chǎn)業(yè)布局，并開始進(jìn)入中國市場，導(dǎo)致中國碳纖維企業(yè)的壓力大增。國外碳纖維主要生產(chǎn)商包括：日本東麗公司、美國卓爾泰克公司、德國西格里集團(tuán)、日本三菱人造絲公司和美國赫克塞爾公司等。

目前，世界碳纖維年產(chǎn)量約5萬噸，PAN基碳纖維約占各種碳纖維材料的80%以上，其中日本東麗、東邦和三菱人造絲3家公司占據(jù)了70%以上。其余生產(chǎn)商還有中國臺(tái)灣的臺(tái)塑公司，美國的赫克塞爾、卓爾泰克，德國的西格里以及韓國的泰光等。

“雖然國際上一些公司開始向我國出售T300級(jí)原絲，但數(shù)量有限而且價(jià)格昂貴，極大地制約我國碳纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用?！敝袊鴱?fù)合材料集團(tuán)董事長兼總經(jīng)理張定金說，“自主研制生產(chǎn)高性能、高質(zhì)量的PAN基碳纖維是我國碳纖維工業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展亟待解決的問題?！?/p>

日前，傳來好消息，江蘇省成功打破了國外企業(yè)對(duì)我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的壟斷。為攻克碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，江蘇恒神纖維材料有限公司組建江蘇省PAN基碳纖維工程技術(shù)研究中心，致力于開展國產(chǎn)高性能PAN基碳纖維、碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)、制造、推廣應(yīng)用。首批產(chǎn)品經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測認(rèn)定，碳纖維綜合性能指標(biāo)與國外知名品牌的同類產(chǎn)品沒有差別。

據(jù)了解，我國碳纖維企業(yè)在持續(xù)多年投入之后，目前終于實(shí)現(xiàn)贏利，這也預(yù)示著行業(yè)發(fā)展出現(xiàn)了拐點(diǎn)。

《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出，加快發(fā)展碳纖維等高性能增強(qiáng)纖維，到2015年，碳纖維產(chǎn)能達(dá)到1.2萬噸，基本滿足航空航天、風(fēng)力發(fā)電、運(yùn)輸裝備等需求。

為加快碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2013年11月，工信部發(fā)布了《加快推進(jìn)碳纖維行業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》。該《計(jì)劃》提出，經(jīng)過三年努力，初步建立碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)體系，碳纖維的工業(yè)應(yīng)用市場初具規(guī)模。到2020年，我國碳纖維技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)化能力和綜合競爭能力達(dá)到國際水平。初步形成2-3家具有國際競爭力的碳纖維大型企業(yè)集團(tuán)以及若干創(chuàng)新能力強(qiáng)、特色鮮明、產(chǎn)業(yè)鏈完善的碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。

政策能量持續(xù)釋放，創(chuàng)新能力不斷提高，一個(gè)蓬勃發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)正在崛起。