不久前,我在報(bào)刊上發(fā)表一篇文章,其中簡短提到,不久未來,車前窗的刮水器可以不用了,要去掉。接著有一位記者打電話給我說:陳老,我是開車“二把刀”,最怕是下雨天和雪天開車,眼都不敢眨,很緊張,要是不要刮水器,我還敢開車嗎?我告訴她,你不用緊張,有一種叫“納米級石墨烯薄膜貼在或是噴上車前窗,不管是雨天,雪天甚至灰塵,只要碰上馬上滑掉,一點(diǎn)也不會留著,車窗特別明亮,而且車上儀表的顯示可以用在方向盤的車窗上,這在飛機(jī)上已用多年,你要什么要求,只要說話,就會有數(shù)據(jù)顯示在車窗前方上,不用現(xiàn)在那樣還得低頭看一看儀表顯示屏。她說那太好,你告訴我這是什么東西在起作用。這就是我進(jìn)一步認(rèn)真思考去寫這篇文稿,供大家來共同探索,如何更好去發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)的新型材料問題的啟示。
石墨烯是新近世界上發(fā)明的超級材料,這個發(fā)明和應(yīng)用的神奇項(xiàng)目還僅僅用了10個年頭。2004年英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖諾夫在實(shí)驗(yàn)室里,他們利用類似鉛筆石墨那樣物質(zhì),把它分離成薄片,又在薄片上貼上膠帶,再進(jìn)行剝離,形成極為細(xì)薄的石墨片,就這樣的設(shè)法一直剝下去,構(gòu)成了現(xiàn)在的石墨烯。資料證明,厚度可能薄到難以想象的0.35納米,而它的強(qiáng)度卻頂上厚度為1毫米鋼板強(qiáng)度的200萬倍。隨著石墨烯研究和應(yīng)用上速度深化,在社會上各個領(lǐng)域都獲得巨大的突破,據(jù)說世界上已有一萬多家大大小小的企業(yè)在進(jìn)行商業(yè)化的研發(fā)和應(yīng)用,其中不少是在中國。2010年,上面提到的兩位石墨烯發(fā)明者,獲得諾貝爾物理學(xué)獎的最高榮譽(yù)。
但這里要說明,石墨烯不能誤解為是石墨的一種產(chǎn)品,目前石墨烯是從甲烷、乙烷等含碳?xì)怏w中提取,與石墨沒有關(guān)系,它已形成獨(dú)立的新型材料體系,在汽車、電子信息、航空、航天、海洋、化工、綱材、能源、生物等領(lǐng)域上應(yīng)用,將催生萬億美元產(chǎn)能,盈利會達(dá)最好的行業(yè)。
石墨烯是一種由碳原子緊密堆積構(gòu)成的二維晶體,它是人類已知物質(zhì)中透明度強(qiáng)、有韌性、極其堅(jiān)硬、防水防熱,電阻率低,資源豐富的一種完美材料,并成為國際各個行業(yè)競爭的焦點(diǎn)。
據(jù)提示,三星蘋果的競爭將從全球智能手機(jī)市場上轉(zhuǎn)向到石墨烯產(chǎn)品研發(fā)專利競爭上,都在嘗試盡早開發(fā)出下一代能用上石墨烯專利的產(chǎn)品。在美國專利商標(biāo)信息表明,2013年三星擁有38項(xiàng)專利申請,其中至少有17項(xiàng)發(fā)明專利中提到石墨烯一詞。蘋果擁有2項(xiàng)石墨烯專利,1BM和富士康等公司都注冊了與石墨烯有關(guān)專利。石墨烯市場潛力巨大,根據(jù)Yakee Group數(shù)據(jù),2016年全球移動設(shè)備銷售將達(dá)到8470億美元,英國Juniper Research領(lǐng)域可穿戴計(jì)算設(shè)備未來5個將擴(kuò)大14倍,這些都與石墨烯的應(yīng)用與競爭有關(guān)。三星重點(diǎn)將在智能手機(jī)內(nèi)存芯片和電視機(jī)上應(yīng)用石墨烯,采用可耐用,熱導(dǎo)性和彈性更好的石墨烯材料。三星還已與成均館大學(xué)合作,開發(fā)出一種石墨烯芯片,很快可用商業(yè)化。三星還表示,石墨烯未來可應(yīng)用于太空服、集成電路、傳感器、芯片、顯示屏、智能衣物、特別是消防人員穿的石墨烯防火服上。
在歐盟,2013年啟動為期10年的石墨烯研發(fā)項(xiàng)目計(jì)劃,花費(fèi)10億歐元投資。美國從2008年開始已投入3000多萬美元研制石墨烯產(chǎn)品。德國在2010年啟動1060萬歐元,開展石墨烯新興前沿研究項(xiàng)目的投入。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省,從2011年開始投入9億日元,重點(diǎn)支持碳納米管和石墨烯的合成技術(shù)。韓國通商資源部計(jì)劃,從2013年開始的未來 6年投入4230萬美元協(xié)助企業(yè)將石墨烯的應(yīng)用產(chǎn)品的商業(yè)化。
在國內(nèi)石墨烯研發(fā)和應(yīng)用也掀起一股熱潮。在常州已成立石墨烯研究院,并以該院為中心啟動建設(shè)石墨烯科技產(chǎn)業(yè)園,他們確定“三四五”計(jì)劃,三是大戰(zhàn)略定位:分別把握石墨烯研究動態(tài),引領(lǐng)開發(fā)和推動產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用;四是功能定位:即建立平臺,引領(lǐng)團(tuán)隊(duì)、孵化企業(yè),培育產(chǎn)業(yè);五是業(yè)務(wù)平臺:即科技創(chuàng)新平臺,企業(yè)孵化平臺,創(chuàng)業(yè)投資平臺,國際交流合作平臺,技術(shù)轉(zhuǎn)移平臺。目前中科院德州大學(xué),同濟(jì)大學(xué),荷蘭萊頓大學(xué)的專家,教授已進(jìn)入常州石墨烯產(chǎn)業(yè)園協(xié)助工作,10多家石墨烯企業(yè)已開始進(jìn)行不同項(xiàng)目運(yùn)作。
在寧波已制定《寧波市重大科技專項(xiàng)“石墨烯”產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開發(fā)計(jì)劃》,作為全市新興產(chǎn)業(yè),新材料產(chǎn)業(yè)研究應(yīng)用重點(diǎn),計(jì)劃在新能源、電子信息、航空航天、復(fù)合材料等領(lǐng)域加強(qiáng)應(yīng)用石墨烯的突破,發(fā)展目標(biāo)是:一,到2016年石墨烯及相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)加強(qiáng)創(chuàng)新活動,帶動寧波新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展,對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級做出突出貢獻(xiàn);二、石墨烯及相關(guān)產(chǎn)業(yè)形成國家級產(chǎn)業(yè)基地,市場規(guī)劃初期達(dá)20億元;三、引進(jìn)和培育石墨烯研發(fā)企業(yè)20家,下游應(yīng)用生產(chǎn)個業(yè)100家以上,其中高成長企業(yè)達(dá)10家;四、自主研發(fā)石墨烯及相關(guān)技術(shù)50項(xiàng)以上,開發(fā)產(chǎn)品30種以上,如鋰離子電池復(fù)合正極材料、通訊基站及風(fēng)光發(fā)電儲能用鋰離子電池、超級電容器、石墨烯水性納米材料、石墨烯粉未涂料、石墨烯導(dǎo)熱涂料、石墨烯高分子復(fù)合材料等。
今年8月,濟(jì)南市人民政府、濟(jì)南圣泉集團(tuán)公司發(fā)布新聞指出:我們首先將石墨烯應(yīng)用在現(xiàn)在產(chǎn)品上,如酚醛樹脂、輕芯鋼、剎車片、砂輪、砂紙等。這些產(chǎn)品將使性能大幅度提升而更具市場競爭力。又指出將石墨稀加入酚醛樹脂中、固化后沖擊強(qiáng)度可提高150%,彎曲強(qiáng)度提高40%,且無毒、氣體釋放量小,適宜于使用在汽車、高鐵、輪船 、飛機(jī)等高端的內(nèi)飾材料上。又說,汽車剎車片應(yīng)用石墨烯改造,可提高摩擦系數(shù)、磨損量大幅下降,用到輪胎上,可增加輪胎強(qiáng)度和延長壽命,用在汽車車濾低行業(yè),使之具備良好的散熱性和超強(qiáng)導(dǎo)電性,可確保及時(shí)釋放 靜電荷,提高應(yīng)用質(zhì)量。
2013年12月,重慶石墨烯產(chǎn)業(yè)園在金風(fēng)產(chǎn)業(yè)園正式揭牌,在園區(qū)內(nèi)有由上海南江集團(tuán)與中科院重慶研究院投資5億元,建設(shè)年產(chǎn)1000萬片大面積單層面石墨烯生產(chǎn)線,一期項(xiàng)目即將正式量產(chǎn)。有關(guān)負(fù)責(zé)人指出:現(xiàn)在電動車充電要幾個小時(shí),而石墨烯鋰電池只用10分鐘就可完成。明年就有一批石墨烯觸控屏手機(jī)面市,預(yù)計(jì)不久時(shí)間所有電子產(chǎn)品上均可用上石墨烯的觸控屏,并且比現(xiàn)在普通屏節(jié)能10%,還有可折疊的電子產(chǎn)品有望在重慶誕生。在材料應(yīng)用上將取代硅材料的顯示器,觸摸屏,芯片、發(fā)光二極管等將廣泛得到應(yīng)用和投放市場。