石墨烯平台:打造新材料的转化的“钻石管道”

发布于 2022-01-29 17:27




“行百里者半九十”,对于石墨烯这种新材料的产业化过程更是如此,如何打通从科研到产业化的“最后一公里”,是石墨烯能否成功实现产业化的关键。










石墨烯,一个听上去高大上且十分学术的名词,其实它离我们并不遥远。

从我们每天都会触碰的手机膜、衣服,到大街上随处可见的路灯,医学领域的仿生材料假肢,乃至航天飞机制造,各个领域都能见到石墨烯的身影。

为何石墨烯有如此广泛的应用领域?那是源自石墨烯超薄,强度超大的特性,单层石墨烯的厚度为0.335nm,比表面积为2630m2/g。特别是它具有比硅材料更优异的电子迁移率,在后摩尔时代石墨烯晶圆材料必将在电子材料领域获得较大应用。

那么,作为新材料,石墨烯科技成果转化和产业化的情况如何?对于产业中的“篱笆墙”,上海市石墨烯产业技术功能型平台可以提供哪些助力和服务呢?

 

瞄准产业共性问题,助力“纸”变“钱”

石墨烯既然那么好,为什么还未实现大规模商业化呢?在成果转化过程中有何难点?

对此,上海市石墨烯产业技术功能型平台董事长梁勇向记者介绍,主要原因是原材料一致性、制定标准以及科研工作者对于成果转化的理解上出现一些难点。

原材料是石墨烯产业的核心之一。不同厂家,甚至同一厂家不同批次之间的石墨烯原材料很难保持一致性,且品质不高。许多石墨烯企业由于随机选择材料或供应商,或者即使进行了材料挑选,选择了正确类型的石墨烯材料和合适的生产商,但是仍然可能得到不一致的石墨烯,进而导致了产品开发的失败。

此外,石墨烯材料还存在品质不高的问题。据调查,研究人员基于已有的石墨烯表征方法对市面上几十种石墨烯产品进行了测试,发现这些石墨烯材料的关键指标(如尺寸、结构完整性、纯度等)都存在巨大的差异,且在所有产品中每种产品只有极少部分能够满足石墨烯片层低于10层的标准。

阻碍石墨烯产品大规模商业化的另一个因素是缺乏行业标准。虽然石墨烯未来将在各个行业及领域中迎来巨大的发展空间,但是目前由于缺乏相关标准,导致市场鱼龙混杂,“石墨烯”概念被滥用。

从成果转化的角度来看,石墨烯产业技术落地的过程起初也并不顺畅。“高校老师们带来的项目成熟度参差不齐,对于成果转化的理解也各有不同,这也为石墨烯相关技术产业化带来一定的困难。因此,需要在高校院所与企业产业之间建立起成果转化的‘管道’。”梁勇说。

为了解决这些共性问题,上海市和宝山区市区联动打造了上海市石墨烯产业技术功能型平台(下文简称“石墨烯平台”),是上海建设具有全球影响力科创中心的“四梁八柱”之一。

石墨烯平台以应用需求为牵引,着力构建石墨烯应用技术创新、中试及产业化的核心服务能力;通过“基地+基金+人才”模式,集聚并有效配置技术、人才、资本市场等创新资源,促进实验室较成熟成果的产业化,解决产业面临的共性技术问题,培育打造石墨烯产业集群;建设成为与产业紧密结合的、国际知名的协同创新平台,实现“平台促科技,平台带产业”。

“作为研发与转化功能型平台,我们石墨烯平台一方面聚焦国家战略,另一方面聚焦产业的痛点,通过建设专业化中试基地、分析检测中心、石墨烯新能源材料评价线等,进而推动石墨烯产业的科技成果转化。”梁勇介绍道。

 

专业化服务,打通新材料成果转化“创新闭环”

经过数年的发展,石墨烯平台在为国制材、解决行业痛点与产业共性问题、推动大众创业与万众创新、建设专业服务能力等方面进行了一些有价值的创新实践,逐步发挥“平台促科技、平台带产业”的载体功能。

“行百里者半九十”,对于石墨烯这种新材料的产业化过程更是如此,如何打通从科研到产业化的“最后一公里”,是石墨烯能否成功实现产业化的关键。因此,梁勇谈道:“在成果转化过程中,必须有人站出来为科学家团队做服务,解决石墨烯产业化过程中诸如环保、消防、防爆、工商、法律、融资等一系列问题,从这点来看,上海市石墨烯产业技术功能型平台的功能建设意义是非凡的。”

针对成果转化过程中的难点,石墨烯平台不仅是一位科创成果的“推动者”,而且是一位“专业化的保姆”。

一方面,为推进成果转化,石墨烯平台建设了中试基地。中试基地是石墨烯平台的核心能力之一,可为高校或科研院所团队、企业提供专业的中试服务。中试基地聚焦石墨烯半导体晶圆、改性石墨烯功能纤维、石墨烯复合金属材料、高品质石墨烯宏量制备、石墨烯高分子复合材料应用等方向,期望形成一批石墨烯应用集成技术和解决方案,实现石墨烯材料大规模下游应用。

分析检测中心是石墨烯平台的另一个核心能力,该中心以石墨烯检测方法和设备的创新及行业标准的制定为目标,整合共享现有优质资源,开展石墨烯材料及应用产品的分析检测评估,建立产品性能参数数据库。分析检测中心还与上海电缆所、上海交通大学等单位建立了战略合作关系,开展大型分析检测资源的共享和联动,对外开展分析检测服务。

同时,石墨烯平台还建设了石墨烯新能源材料评价线,可为各种石墨烯及其复合材料在电池类产品生产制造过程中遇到的核心工艺问题提供解决方案,对各种工艺手段进行研究予以工程验证,对于各种石墨烯材料在电池应用中的分散性、成膜性进行工艺研究和工程化实现。

在情报管理方面,石墨烯平台也建设了较完善的情报服务体系,搭建服务平台,推进资源共享,满足创新团队和企业对石墨烯行业信息的需求,不断提升平台专业化服务能力和水平。

“当好‘保姆’很不容易,因为各家团队接近产品的程度不一样,有的是嗷嗷待哺,只能抱在手里;有的市场化程度好一些,可能已经10岁了……不仅是团队,平台建设方也有诸多诉求:有希望项目尽快落地、加速产业集聚的,也有希望成果‘高大上’、服务中小企业能力更强大的……现状与要求堪称‘千头万绪’,平台的功能意义也由此凸显。”梁勇说。

除了专业化的服务,在上海市科委的支持下,石墨烯平台于20174月建设了专业化石墨烯·新材料众创空间。目前,众创空间内已集聚高水平创新团队数十余家,累计孵化和引入企业超过40家。在众创空间的服务下,科学家团队的成果获得落地,也获得成才,比如,上海新能源纳米科技股份有限公司,已于2019年在上海股权托管交易中心成功挂牌。

专业化和多元的服务使得许多科创成果得以落地,迈向产业化,也使得石墨烯平台这位“保姆”在业内广受好评,而在不断发展过程中,石墨烯平台也正进一步探索如何更好地承载功能和持续发展。

 

迎面“十四五”,攻克“卡脖子”

步入”十四五”,我国虽然逐渐攻克了多项新材料技术瓶颈,助力产业实现了技术升级和转型,然而依然面临着许多“卡脖子”问题。

在十九届五中全会上,不仅将“关键核心技术实现重大突破,进入创新型国家前列”列入2035年基本实现社会主义现代化的远景目标当中,更明确提出,“坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑”。

科技是国之利器,国家赖之以强,企业赖之以赢,人民生活赖之以好。作为致力于石墨烯这一新材料产业化的新型研发机构,石墨烯平台努力为国家新材料产业发展贡献力量。近年来,石墨烯平台已成功孵化出不少产品。它们之中既有“高精尖”成果,如晶圆等“卡脖子”领域;也有“接地气”应用,如治水等“老大难”问题。

除了政策扶持、平台助力等,梁勇认为,“石墨烯产业的发展和应用需要大企业牵引,如石墨烯在智能手机方面的各项应用,引起龙头企业华为的投资,此后,许多手机厂商也纷纷加入到投资的行列中。”

因此,梁勇表示,未来石墨烯平台一方面将在“输出端”做好对接,进一步与大企业对接,为石墨烯项目争取来自社会的投资。

“输入端”,石墨烯平台将会继续寻找全球领先的技术,甄选技术成熟度高、创新维度高的项目,纳入石墨烯平台加工升华。

“我们要把石墨烯平台的这根管道建设成‘钻石管道’,通过我们的加工,能让更多的技术可以转化成落地的产品。在产品方面,石墨烯晶圆作为第三代半导体材料正在诸如太赫兹芯片等高端芯片的研发试制的道路上,推动半导体产业进一步向前;同时,通过甲烷裂解等技术,让石墨烯材料的价格下降,为石墨烯产品落地应用创造更多的机会。”梁勇说。

这也是石墨烯平台的模式创新,通过石墨烯平台这根“管道”,让投资人原先“看不懂”的产品,变得“一目了然”,就如梁勇所言,平台与团队事共同成长的,平台提供设备、工作人员,团队可以共享使用,而孵化成果最终也是大家共享的。这样的模式,可以让研发团队沉下来钻研技术,而平台则可以用心提供服务。

眼下,中国石墨烯产业呈现蓬勃发展的态势,已经形成长三角、珠三角、东北地区、西南地区等多个石墨烯产业聚集区。

其中,在梁勇看来,石墨烯材料及其应用产业尤其是石墨烯电子材料应用与上海有很高的契合度。创新环境、技术优势、产业基础……上海的优势得天独厚,是高水平石墨烯材料及其应用的产业土壤。结合长三角融合发展,上海既有能力也有义务抓住世界石墨烯产业发展的机遇,推进技术创新和应用。这也将有利于提升上海传统产业的技术能力,为上海建设具有全球影响力的科技创新中心添砖加瓦。

 

微信编辑:俞灵琦


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