原標(biāo)題：寧波探索石墨烯產(chǎn)業(yè)化科創(chuàng)新路徑——
點墨成金，甬江畔看新“烯”望
近日，國家石墨烯創(chuàng)新中心孵化企業(yè)——寧波烯沃新材料科技有限公司宣布在石墨烯納米管領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破，成功實現(xiàn)高性能產(chǎn)品的規(guī)?；慨a(chǎn)。
不僅如此，從電熱膜到冷鏈設(shè)備再到改性面料，一連串石墨烯產(chǎn)業(yè)化成果的落地，讓“石墨烯之父”——2010年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者安德烈·海姆感慨不已。
“石墨烯產(chǎn)業(yè)化這條路，寧波走在了全世界的前面?！比ツ?1月，在寧波參加中國國際石墨烯創(chuàng)新大會時，他這樣對國家石墨烯創(chuàng)新中心主任劉兆平說。
20年前，安德烈·海姆在實驗室扔掉的廢棄膠帶上，將石墨的層狀結(jié)構(gòu)分離開來，獲得了人類第一個二維晶體材料——石墨烯。從此，這個無法用肉眼直接觀察的微觀世界吸引了無數(shù)研究者、創(chuàng)業(yè)者投身其中，在全球掀起一波波石墨烯熱潮。
2022年11月，工信部批復(fù)由寧波石墨烯創(chuàng)新中心有限公司組建國家石墨烯創(chuàng)新中心(下稱國創(chuàng)中心)，實現(xiàn)了浙江省國家級制造業(yè)創(chuàng)新中心零的突破。
截至目前，國創(chuàng)中心獲得授權(quán)專利300余項，其中數(shù)十項專利成果實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，并培育孵化石墨烯企業(yè)20余家。依托“國字號”平臺，寧波如何點墨成金，為未來產(chǎn)業(yè)構(gòu)筑適宜的創(chuàng)新生態(tài)?帶著一連串的疑問，記者開啟探尋之路。
電池“電量”有望提升50%
十多年前的實驗室成果煥發(fā)新生
疾馳的新能源汽車上，動力電池猶如心臟。這顆心臟如何變得更強勁?
去年11月，在鎮(zhèn)海舉行的中國國際石墨烯創(chuàng)新大會上，中國科學(xué)院寧波材料所研究員周旭峰發(fā)布了一項名為“石墨烯復(fù)合納米硅碳負(fù)極材料”的新成果。該成果的創(chuàng)新點在于將石墨烯與硅碳負(fù)極材料進行有效混合，突破了后者的性能瓶頸。
“理想條件下，采用這種材料的動力電池能量密度(單位重量電池最多能儲存的電量)可突破450瓦時每千克，是目前主流水平的1.5倍，汽車?yán)m(xù)航里程將顯著提高?！敝苄穹弪湴恋卣f。
正極材料和負(fù)極材料決定著鋰電池的能量密度，其技術(shù)迭代格外引人關(guān)注。相比廣泛應(yīng)用的石墨負(fù)極，硅負(fù)極的“儲電”能力要高出近10倍，但硅材料容易膨脹，反復(fù)充放電后更會引起性能的衰減，進而影響電池壽命。為解決這個難題，周旭峰團隊想到了石墨烯。
作為二維材料，石墨烯擁有強大的機械性能、優(yōu)異的導(dǎo)電性和巨大的比表面積，3克石墨烯的比表面積就相當(dāng)于一個足球場。正因為這些特點，復(fù)合了石墨烯的硅材料會變得更穩(wěn)定。
“你可以把石墨烯想象成一張張又柔又韌的小網(wǎng)，在其包覆下，硅顆粒即便有膨脹也不會互相分離，造成電池負(fù)極的碎裂脫落?！敝苄穹逭f，這個原理他們十多年前就已發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)時相關(guān)產(chǎn)業(yè)沒起來，因此只停留在基礎(chǔ)研究階段。
一項十多年前的實驗室成果，為何能在今天成為解決行業(yè)發(fā)展痛點的突破口?這背后，是一條由國創(chuàng)中心策源牽引、圍繞商業(yè)化方向開展關(guān)鍵共性技術(shù)研究的嶄新科創(chuàng)路徑。
作為提升中國制造競爭力的重要舉措，2016年起至今，國家先后在14個省(市、自治區(qū))布局了30個國家級制造業(yè)創(chuàng)新中心。2017年，浙江省石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心落戶寧波。5年后，中心晉升為“國家級”。
相比其他載體，作為“國家隊”的國創(chuàng)中心不僅能最大限度集聚資源，還呈現(xiàn)出鮮明的市場化運作特點，首批股東單位就包含數(shù)十家協(xié)同創(chuàng)新主體。
“我們與中國科學(xué)院寧波材料所共建研發(fā)設(shè)計中心，并聯(lián)合上下游建設(shè)協(xié)同創(chuàng)新平臺。”劉兆平解釋，這種模式的好處在于，一旦石墨烯行業(yè)產(chǎn)生變革性需求，中心可以從科研和市場兩個方向同時整合資源發(fā)力，從而加速新技術(shù)的迭代突破。
關(guān)鍵共性技術(shù)決定著產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。新能源汽車方興未艾，硅負(fù)極商用不斷加速，這讓周旭峰團隊看到了實驗室成果往前邁一步的機會。
在國創(chuàng)中心支持下，周旭峰團隊聚焦石墨烯與硅復(fù)合的工藝難題進行了反復(fù)驗證，中心專家和股東單位也作為“智囊團”提出了許多建議，由此加快了“石墨烯復(fù)合納米硅碳負(fù)極材料”的落地。
眼下，該新材料已在多家頭部電池廠開展測試。周旭峰說，他們已建成百噸級的中試線，如果這個材料能順利量產(chǎn)應(yīng)用，將會大大提高硅負(fù)極的市場競爭力。
“借助石墨烯之后，硅在負(fù)極材料的用量會顯著增加，動力電池性能‘天花板’也更有希望突破?！痹趧⒄灼娇磥?，這是石墨烯在新能源領(lǐng)域應(yīng)用的一個里程碑，甚至有可能引發(fā)行業(yè)變革。
發(fā)展機遇轉(zhuǎn)瞬即逝。對國創(chuàng)中心來說，一項重要使命就是篩選面向國家重大需求和行業(yè)發(fā)展需要的石墨烯創(chuàng)新方向，加快工藝和裝備布局，從而避免“開盲盒”式的一擁而上。劉兆平告訴記者，中心堅持“有所為有所不為”，正圍繞石墨烯基動力電池、石墨烯銅基復(fù)合材料、石墨烯導(dǎo)熱材料、石墨烯電熱元件、石墨烯改性重防腐涂料、碳基芯片等領(lǐng)域加速關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，“爭取到2028年，建設(shè)成具有國際影響力的石墨烯創(chuàng)新策源中心”。
樓下科研，樓上創(chuàng)業(yè)
為創(chuàng)新成果建好“育苗箱”
剛過完年，國家納米科學(xué)中心研究員徐建勛博士又從北京飛回寧波。去年3月，徐建勛選擇以柔性方式加盟國創(chuàng)中心，他要在寧波完成“石墨烯玻璃”這一新技術(shù)的落地轉(zhuǎn)化。
“好比在廚房做烤餅，玻璃經(jīng)過‘烤制’后表面生成的石墨烯納米薄膜，就能為普通的玻璃賦予導(dǎo)電、防刮、散熱等多種新特性?！毙旖▌赘嬖V記者，這個“烤制”技術(shù)在國內(nèi)乃至國際屬于首創(chuàng)，未來前景看好。
吸引徐建勛等技術(shù)大牛來寧波創(chuàng)業(yè)的，是國創(chuàng)中心精心打造的一套創(chuàng)新“生態(tài)系統(tǒng)”。
“新材料的產(chǎn)業(yè)化需經(jīng)歷相當(dāng)長的周期，更離不開人才、設(shè)備等大量資源的匹配支撐，絕不是一兩次融資就能輕松完成。這點往往不被石墨烯從業(yè)者所重視?！弊鳛閲鴥?nèi)最早從事石墨烯產(chǎn)業(yè)化的專家，劉兆平深知石墨烯技術(shù)創(chuàng)新的艱難。
為提高石墨烯技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化效率，國創(chuàng)中心不僅建設(shè)了專門的成果轉(zhuǎn)化平臺，更為創(chuàng)新團隊量身定制了靈活多樣的合作模式，既可帶著學(xué)術(shù)論文來，也可帶著商業(yè)計劃書來……從成果驗證到資源匹配，再到工程化放大，就像搭建起了一個石墨烯技術(shù)成果培育的專業(yè)“育苗箱”。
“樓下科研，樓上創(chuàng)業(yè)?！痹谛旖▌卓磥?，這種模式能為他這樣的學(xué)者型創(chuàng)業(yè)者帶來更多機遇?！皩邮袌霾皇俏覀兊膹婍?，在寧波，這些事有人幫我們干了，我們只需把團隊組建好、把產(chǎn)線調(diào)試好。”
精準(zhǔn)培育下，畢業(yè)于中國科學(xué)院蘇州納米所的郭玉芬博士也看到了項目“破土”的希望。
著眼手機等消費電子產(chǎn)品的散熱需求，5年前，郭玉芬采取了一條與同行不同的技術(shù)路線，研發(fā)石墨烯導(dǎo)熱膜。在中心著力打造的石墨烯導(dǎo)熱材料技術(shù)平臺加持下，如今郭玉芬團隊不僅可量產(chǎn)大寬幅的石墨烯導(dǎo)熱膜產(chǎn)品，還可定制高性能的非標(biāo)產(chǎn)品，拿到了不少頭部手機廠的意向訂單。
人才的匯聚，常能催生更多的創(chuàng)新成果。采訪中，記者發(fā)現(xiàn)一個有趣現(xiàn)象：中心不少孵化企業(yè)不但是產(chǎn)業(yè)鏈上下游，更在抱團成長，開拓更廣闊的石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域。
比如，烯材暖、柔碳科技兩家企業(yè)都生產(chǎn)石墨烯電熱膜，但生產(chǎn)工藝不同，應(yīng)用領(lǐng)域也不同。作為兩者的下游，高芯熱能、佳運智能、五恒烯等企業(yè)對“柔碳牌”電熱膜優(yōu)化升級后，深耕可穿戴取暖領(lǐng)域；對“烯材暖牌”的電熱膜優(yōu)化設(shè)計加工后，則在地暖等煤改電、氣改電領(lǐng)域找到了良好前景。
電熱膜、導(dǎo)熱膜、導(dǎo)電劑、氣凝膠、烯合金……目前，以首次商業(yè)化為主要目標(biāo)的國創(chuàng)中心已組建研發(fā)團隊近30個，集聚科研人員近250人。
“新材料從實驗室走向生產(chǎn)線，必須做好方方面面準(zhǔn)備?！眲⒄灼浇榻B，瞄準(zhǔn)未來，他們正努力打造貫穿石墨烯領(lǐng)域創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、資金鏈、人才鏈的新型創(chuàng)新體系，“這實際上是在為創(chuàng)新蓄水，慢不得，但也急不得?！?/p>
產(chǎn)品“七十二變”
石墨烯釋放更多光和熱
10秒速熱，從25度升溫至100度僅需4分鐘……去年“雙十一”，一款應(yīng)用了石墨電熱元件的家用暖菜板在電商平臺爆賣數(shù)萬臺。為該產(chǎn)品提供關(guān)鍵材料的，正是坐落于鎮(zhèn)海的柔碳科技。
早在7年前，柔碳科技便已建成半米寬幅、千米級長度的石墨烯薄膜卷對卷中試生產(chǎn)線，率先實現(xiàn)大寬幅石墨烯薄膜卷材生產(chǎn)。歷經(jīng)多次技術(shù)迭代，柔碳石墨烯卷材駛上產(chǎn)業(yè)化快車道。
“原先都是埋頭搞科研，現(xiàn)在這種思維方式逐漸轉(zhuǎn)過來了?！比崽伎萍级麻L汪偉告訴記者，石墨烯薄膜卷材對工藝要求極高，但這在某種意義上也成為產(chǎn)業(yè)化初期的“瓶頸”?！啊吆凸选臇|西別人不敢用，你必須考慮石墨烯能為生產(chǎn)生活帶來什么。”
以暖菜板產(chǎn)品為例，石墨烯在其中的用料占比并不高，但憑借其超強的導(dǎo)熱性，一款暖菜板可以在功率不變的前提下，大幅提升熱能輸出的效率，從而吸引“路人粉”嘗鮮購買。
在國創(chuàng)中心產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用項目支持下，柔碳科技大膽延伸在智能家電、可穿戴等領(lǐng)域的新產(chǎn)品研發(fā)觸角，產(chǎn)值節(jié)節(jié)高的同時，還在當(dāng)?shù)匦纬闪艘粭l從石墨烯薄膜卷材制備到應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈。近期，他們還與吉利汽車研究院達成合作，未來將借助石墨烯的獨特性能，進軍百億級汽車熱管理市場。
不止暖菜板，只有一個原子層厚的石墨烯正在成為一些傳統(tǒng)行業(yè)迭代升級的催化劑。烯冷新能源與頭部物流企業(yè)合作開發(fā)石墨烯熱管理增強制冷裝備，解決冷鏈運輸難題；尚烯科技開發(fā)的石墨烯改性面料，讓衣物擁有抑菌、抗靜電、吸濕、速干等多重功能；高芯熱能則聚焦“暖”經(jīng)濟，實現(xiàn)家居地暖、育苗床電暖等石墨烯產(chǎn)品的“七十二變”……
在國創(chuàng)中心所在的寧波鎮(zhèn)海區(qū)，這種催化效應(yīng)尤其明顯。前不久，一家專門生產(chǎn)接插件產(chǎn)品的本土企業(yè)還找到柔碳科技，希望為昂貴的導(dǎo)電銀材料找到“平替”。
在汪偉看來，這正是石墨烯作為未來材料的魅力所在。這些年，“柔碳”每年都向中車研究院提供銅基石墨烯薄膜，由對方加工成“超級銅”后，嘗試應(yīng)用于高鐵牽引電機上?！斑@個產(chǎn)品即將進行整車驗證，未來或?qū)⑴嘤鲇忠粋€千億級的新產(chǎn)業(yè)。”
未來產(chǎn)業(yè)不是空中樓閣，如何將其與現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)有機融合，實現(xiàn)協(xié)同發(fā)展，考驗著地方的智慧。
以產(chǎn)業(yè)強區(qū)鎮(zhèn)海為例，依托中國科學(xué)院寧波材料所、國家石墨烯創(chuàng)新中心等平臺，當(dāng)?shù)睾茉缇屯瞥鍪┑任磥懋a(chǎn)業(yè)的專項扶持政策，可謂布局甚早。而今順應(yīng)新質(zhì)生產(chǎn)力培育的需要，當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展思路也在轉(zhuǎn)變?！巴ㄟ^更加精準(zhǔn)的引導(dǎo)，加速創(chuàng)新成果落地轉(zhuǎn)化，更好為地方經(jīng)濟服務(wù)?！辨?zhèn)海區(qū)經(jīng)信局副局長童凱士說。
這兩年，鎮(zhèn)海逐漸聚起柔碳科技、尚烯科技、云涂新材、烯冷新能源等十?dāng)?shù)家石墨烯企業(yè)，形成了頗具影響力的創(chuàng)新生態(tài)。圍繞省級未來產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)培育，鎮(zhèn)海正加快推進“三核一鏈”的石墨烯創(chuàng)新發(fā)展新布局——九龍湖、駱駝負(fù)責(zé)小試中試，澥浦建產(chǎn)業(yè)化基地，此外，還將把附近廢棄的廠房改造成石墨烯等高新產(chǎn)業(yè)科創(chuàng)中心，并命名為“光明科創(chuàng)微城”。
以點帶面，串珠成鏈，一張由石墨烯催生的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新圖譜正在甬江畔鋪展開來?！按蚝没A(chǔ)，小步快跑，相信石墨烯會釋放出更多的光和熱?！蓖瘎P士滿懷憧憬。
