輕得像空氣,卻又硬得像鋼鐵,它就是被譽為“新材料之王”的石墨烯。作為一種具有顛覆性、革命性的新材料,從合成和證實存在到如今只有短短十幾年的時間,但石墨烯憑借優異的力學、電學、熱學、光學等性能及其潛在的應用價值和應用前景,已成為相關科研院所和企業展開研究,并推進產業化應用的熱點。未來該如何面向應用需求,把握好石墨烯給美好生活帶來的改變?
2021年6月6日(第三屆國際石墨烯日),由石墨烯多功能復合纖維共同體研究院、杭州高烯科技有限公司(簡稱高烯科技)主辦的“康護4.0:單層石墨烯開創新生活”主題發布會于杭州良渚工業設計小鎮舉行。
時光回溯到2019年,經高超教授提議,石墨烯聯盟與高烯科技等百余家石墨烯產學研單位,聯合倡議將6月6日設立為“國際石墨烯日(International Graphene Day)”。兩年來,聯盟一直在踐行首個國際石墨烯日的宣言:做石墨烯科技的倡導者、標準的踐行者、產業的融合者、偉業的奮斗者,聯合國內石墨烯產學研力量,舉辦各類活動、搭建多元平臺、推進行業交流融合。
作為第三屆國際石墨烯日的重磅活動,本次發布以單層石墨烯為主題,以線下會場+線上直播形式進行,現場多名院士、高校及科研院所專家、行業龍頭企業代表組成的石墨烯多功能復合纖維共同體研究院會同紡織產業鏈各界人士共議單層石墨烯多功能復合纖維的開局與創盈之路。
中國化學纖維工業協會會長陳新偉、副總工程師李德利,中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李義春,杭州市經濟和信息化局黨組成員、二級巡視員楊榮欣,杭州市經濟和信息化局材料產業處處長陳麗華,余杭區委常委、常務副區長梅建勝,良渚新城黨工委副書記、良渚新城管委會主任吳宏偉,清華大學美術學院教授、中國工業設計協會專家工作委員會秘書長蔣紅斌,廈門大學石墨烯工程與產業研究院常務副院長、嘉庚創新實驗室常務副主任周涵韜,東華大學材料科學與工程學院教授陳龍,北京服裝學院材料設計與工程學院教授王陽,浙江大學教授、高烯科技首席科學家高超,高烯科技總經理汪洋,以及華陽新材料科技集團有限公司、浙江桐昆新材料研究院有限公司、恒申集團、利郎(中國)有限公司、江蘇垶恒復合材料有限公司等企業代表,共計300多位嘉賓參加會議。
在新材料強國戰略、全民健康戰略、新興消費群體興起等大背景下,人們對“衣”的要求不斷朝著舒適、美觀、保健防護以及智能等更高要求和更高品質發展;人們對于居住環境的清潔、安全和環保要求亦與日俱增。特別是疫情常態化后,人們對健康保健的意識更加強烈更為迫切,也使石墨烯在大健康及醫療衛生領域展示了廣闊的應用前景,帶來了新的市場需求。
▲梅建勝
杭州市余杭區委常委、常務副區長梅建勝在致辭時指出,石墨烯是戰略新興材料,而健康是一切事業的起點,也是幸福生活的最高指標。第三屆國際石墨烯日以康護為主題,把石墨烯與健康融合在一起,打造黑科技健康產品,符合當下社會發展需求。他特別提到,高烯科技擁有全鏈條的自主知識產權,掌握多項核心技術,成立短短幾年,就成長為國家高新技術企業,是余杭區新材料領域的明星企業。
高烯科技取得的這些成績得益于杭州市及余杭區的政策支持及良好的產業環境。梅建勝表示,余杭歷來高度重視科技創新產業發展,持續增強科技創新能力,努力構建現代產業體系,全力打造人才創新高地,不斷壯大科技創新力量。我們將始終把科技創新作為余杭區的戰略重點,堅定不移走人才引領、創新驅動發展之路;我們將全力支持新材料產業發展,做好服務配套,營造優質生態,誠邀更多石墨烯相關企業落戶余杭。
▲楊榮欣
杭州市經濟和信息化局黨組成員、二級巡視員楊榮欣表示,石墨烯也是杭州市重點支持發展的產業。在“十四五”期間,杭州市將堅持科技自立自強,全面塑造創新驅動發展新優勢,完善以企業為主體的技術創新體系,發揮大企業和企業家在創新中的引領支撐作用,支持龍頭企業牽頭組建創新聯合體和共性技術平臺,打造更多技術創新服務綜合體,加快形成創新鏈、產業鏈協同融合的產業技術創新體系,集中突破“卡脖子”關鍵技術。努力打造面向世界、引領未來、服務全國、帶動全省的創新策源地,打造新材料科創高地。他亦高度評價高烯科技作為國家高新技術企業、杭州市領軍型創新團隊,積極聯合上下游,融合產業鏈資源,為推動石墨烯纖維產業鏈的創新和發展,助力我國走向纖維強國、材料強國所做出的努力和貢獻。
▲李義春
中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李義春在致辭時提到,現階段是石墨烯產業從基礎研究邁向應用端的關鍵時期,為樹立模范標桿,用榜樣引領行業健康發展,石墨烯聯盟將評選石墨烯“奧斯卡”獎,在今年10月揭曉獎項結果,評選出石墨烯行業的領軍人物和單位,即日起在全球范圍內評選“奧斯卡”獎評審組委會成員。通過國際性大獎的公平性、權威性,可推動全球石墨烯產業的發展,而獎項在中國頒發,在一定程度上體現了我國科技創新的軟實力。
基于石墨烯的優異性能,目前很多國家紛紛從戰略層面對石墨烯進行了部署,高度重視石墨烯產業發展,進行系統布局,投入大量資金對石墨烯行業進行支持,以期在新一輪的競爭中搶占石墨烯產業發展的制高點。我國是石墨資源大國,也是石墨烯研究和應用開發最活躍的國家之一。2017年國家發改委公布《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》,將石墨烯等新材料納入其中。當前我國石墨烯基礎研究隊伍和產業化隊伍在國際上應該說也是規模最大的,三分之二的專利來自中國。從2011年開始,我國石墨烯研發始終處于全球領先地位。
但石墨烯低成本規模化制備技術、下游應用技術、綠色制備技術等方面仍存在技術瓶頸;石墨烯材料缺乏統一的標準,產品混雜,質量參差不齊;下游應用企業參與度偏低;下游具體應用產品、檢測標準、使用標準等方面仍是空白,石墨烯應用產品特別是為人們美好生活賦能的石墨烯改性纖維產品是否更具有競爭力還有待市場、消費者的進一步檢驗。
作為戰略性新興產業的重要組成部分,我國纖維產業正面臨轉型升級,纖維及其制品未來將如何發展?在今年春夏紗線展上,高超教授提出了康護纖維4.0的概念。他認為自帶多重康護功能的石墨烯復合纖維,將成為繼天然纖維、普通化纖、功能纖維之后的第4代纖維的代表之一,有望成為纖維產業創新破局的利器,帶領纖維產業進入新時代。
會上,與會領導、專家和部分企業嘉賓共同開啟康護纖維4.0時代。為了規范市場,促使行業健康發展,下一步高烯科技將聯合中國化纖協會,就共同推動石墨烯多功能復合纖維標識設計,引導行業通過建立相關檢測、規范使用機制,促進產業健康、有序發展等相關工作展開合作。
▲李德利
此前,杭州高烯科技有限公司委托中國化學纖維工業協會開展單層氧化石墨烯產品的驗證和測試,為保證測試結果的科學性和可信度,中國化纖協會安排專人對測試樣品取樣、封存,并送國際權威檢測機構測試。活動現場,中國化纖協會副總工程師李德利公布了檢測結果:通過AFM方法測試驗證高烯科技的單層氧化石墨烯厚度為1.1nm,與單層氧化石墨烯理論值相符。
▲高超
“石陶銅鐵盡風流,信息時代硅獨秀。量子紀元孰占優,一片石墨立潮頭。”浙江大學教授、高烯科技首席科學家高超在主題演講中用一首“烯望”表明石墨烯是人類歷史的選擇,將在未來社會發展中占據主導地位。高超通過剖析高品質石墨烯如何制備、分散、組裝,從原料、加工、材料三個方面深入淺出地解讀單層氧化石墨烯的優勢,并介紹了石墨烯產業化伴生、共生、創生的“三生模型”的終端應用過程。“衣住用行玩、智芯能電感 、星空天地海、烯用疆無邊”,高超展望了未來石墨烯上天入地的廣泛應用,呼吁大家一起用石墨烯改變世界。
回首十多年來的發展歷程,高烯科技突破了層層技術障礙,特別是解決了多項關鍵技術難題,已經建成了單層氧化石墨烯自動化生產線,目前形成了年產10噸級的生產規模;在單層率達99%的石墨烯原料穩定量產的基礎上,高烯科技進一步突破了石墨烯多功能復合纖維的核心量產技術,開發出石墨烯錦綸、滌綸、氨綸、粘膠纖維和莫代爾等多系列功能性復合纖維,并已成功開發出石墨烯“1+3型”產業鏈技術和產品:即以單層氧化石墨烯為核心原料,開發出石墨烯多功能復合纖維、石墨烯電熱膜、石墨烯散熱膜3種材料及石墨烯康護紡織品、石墨烯發熱毯等終端應用產品。
是的,石墨烯做出來是重要一步,但怎么把它用出去更為重要。正是得益于國家對科創型企業的支持,得益于我國擁有相對完整的制造業產業鏈,高烯科技在國內特別是長三角地區找到了大量敢于用其石墨烯及銷售其石墨烯的企業,讓他們的單層石墨烯能夠盡其所用,用到了最能發揮其功能的纖維及其制品中。會上,高烯科技總經理汪洋為義烏市盈云科技有限公司、福建省天鑫高科新材料有限公司、浙江烯禾紡織科技有限公司、嘉興乾惕紡織品有限公司、東紡科技(紹興)有限公司5家石墨烯多功能復合纖維經銷商頒發證書。各經銷商紛紛表示,未來將群策群力,與高烯一起推動石墨烯在紡織行業的應用,建立良性循環、多方共贏的石墨烯產業鏈新生態。
高烯科技打開了石墨烯康護纖維4.0的新局面,下一步,產業鏈將如何發展共贏?浙江大學教授、高烯科技首席科學家高超,中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李義春,清華大學美術學院教授、中國工業設計協會專家工作委員會秘書長蔣紅斌,東華大學材料科學與工程學院教授陳龍,北京服裝學院材料設計與工程學院教授王陽,圍繞單層石墨烯多功能康護纖維4.0的開局與創盈展開探討。
高品質石墨烯原料才能開發出高品質產品,故其有著較高的技術壁壘和行業要求。李義春認為, “十四五”時期,從材料到產品,石墨烯產業鏈將進入高質量發展階段,這不僅要求建立起從源頭、認證、溯源的原料高品質,下游合作企業也要加強科技創新,從容易入手的紡織領域多下功夫,開發出高品質滿足人們需求的終端產品。
高烯科技提出“康護4.0”概念的初心是希望通過頂層設計引領紡織行業在新起點上融入新思考,在疫情常態化下,高烯科技第四代康護纖維的推出可謂恰逢其時。高超表示,高烯科技的單層氧化石墨烯原料來自于天然石墨礦,由高烯自主研發,掌握國際首創技術,擁有目前全球唯一產業化生產線,原料穩定、可控可靠。未來還需產業鏈上下游團結一致,共同推動石墨烯行業發展。
對于未來石墨烯改性復合纖維如何發展,陳龍建議從四方面入手:一是從功能性方面提升產品附加值,滿足石墨烯改性復合纖維在不同場景的應用和需求;二是向高性能纖維的更高領域拓展,如極寒、極熱、超音速、耐強腐蝕性等方面的技術突破;三是在碳中和、碳達峰目標下,如何發揮石墨烯的綠色環保性;四是石墨烯在未來纖維如智能可穿戴方面如何更好發揮載體作用。希望下一步石墨烯原料與纖維更好結合,更好地發揮石墨烯優勢,拓寬其下游市場應用。
如何將石墨烯材料的優異性能應用到終端產品,如何被消費者接受是非常重要的。王陽表示,未來北京服裝學院要更多思考如何將石墨烯材料應用到服裝服飾領域,將服裝的功能性和美學性相結合,如何通過織造、印染、設計,打破石墨烯目前的灰色調,更廣泛地應用到涉及紡織品的領域。此外,北京服裝學院將會同中國化纖協會、高烯科技共同舉辦中國石墨烯多功能復合纖維標識設計大賽,旨在向全社會的高校、各行業設計師,讓更多人了解石墨烯來源、結構及其優異性能,最終將科學與藝術、石墨烯與應用領域完美融合。
現代工業產業背景下,設計的本質是把科學和藝術更好鏈接的過程,是在產業的變革中不斷成長。蔣紅斌從工業設計角度分享了如何發揮石墨烯產品的優勢。他認為工業設計一方面是要用設計思維思考在產業賦能中的提升方案,其核心是生活的高品質;另一方面,石墨烯本身的優異性能在應用領域的廣泛賦能,如從軍事到民用或綠色設計、材料回收方面的關聯,可以表現為中國對于人類未來社會構建理想和目標的展現場;此外,高烯科技牽頭成立的石墨烯多功能復合纖維共同體研究院,輸出的價值觀與人類命運共同體相吻合,可將科技的橋梁鏈接到彼岸的生活應用,賦能全產業鏈及全世界未來的研究探索和社會應用中。
規劃轉化為實業,關鍵是一個個優質的產品。高烯科技單層氧化石墨烯屢獲中國國際高新技術成果交易會優秀產品獎、中國國際工業博覽會CIIF新材料獎,獲得國際石墨烯產品認證中心(IGCC)全球首個單層氧化石墨烯及單層氧化石墨烯改性功能纖維尼龍6產品認證證書,浙江省省級工業新產品認定。其創立的石墨烯終端產品品牌——烯鳳凰旗下單層石墨烯多功能襪、石墨烯遠紅外光灸毯、石墨烯烯絲絨被等產品均受到消費者青睞。
▲孫海燕
會上,高烯科技原料事業部技術總監孫海燕從產品、標準和應用方面介紹了單層氧化石墨烯的相關情況。高超團隊從2008年聚焦于石墨烯的基礎研究與應用開發,到2019年實現年產十噸的單層氧化石墨烯生產線。產品具有單層、液晶、粉末再分散性、產品穩定等特性,并通過牽頭制定企業標準、團體標準、國際標準,促進整個行業產品質量提升。目前,高烯石墨烯遠銷到歐美日韓等多國和國內大部分地區,對科研團隊、工業應用等領域起到積極推動作用。
▲陳琛
高烯科技石墨烯復合纖維事業部研發工程師陳琛介紹了石墨烯多功能纖維遠紅外發射、紫外防護、抗菌抑菌、抑制螨蟲、抗病毒以及負離子發生六大功能。他從面料是伴隨每個人每一天的產品切入,談到高烯科技石墨烯復合纖維產品可在家紡、公共交通、辦公場所、戶外運動等不同場景滿足人們不同需求。未來在六大功能的基礎上,高烯研發團隊將根據市場反饋不斷對產品進行更新換代,不斷開發適合下游客戶需求的終端解決方案。
▲阮湘政
石墨烯光電熱材料事業部研發工程師阮湘政介紹了高柔性可拉伸石墨烯發熱膜在汽車和大健康領域的應用。高烯的石墨烯發熱膜由水性漿料制成,采用涂布式工藝,具有高柔性可拉伸特性,環保健康。在汽車領域,公司開發的石墨烯加熱墊,可用于汽車加熱和電容傳感等相關方面。在大健康領域,通過石墨烯遠紅外的共振作用、溫熱效應,可促進血液循環、促進細胞發育,廣泛用于醫學、力學領域。
▲陸瀟
高烯科技石墨烯終端產品市場總監陸瀟介紹了石墨烯終端品牌“烯鳳凰”(G-Phoenix)系列產品。烯鳳凰品牌首款產品是單層石墨烯多功能襪,目前單層石墨烯康護內衣、健身服、塑身服、烯絲毛巾、烯絲被、石墨烯遠紅外光灸毯等也陸續推向市場,引領“穿睡出健康”的全新生活方式。接下來即將推出單層石墨烯床上四件套、polo衫、T恤衫、冬款褲襪。會議當日,高烯科技終端品牌G-Phoenix在京東正式上線,通過線上渠道,助力科研成果應用轉化。
▲同期,終端產品合作交流會舉行,會議現場還設置了原料派送、終端產品盲盒抽獎等活動
藍圖已繪就,奮進正當時。當前,新一輪科技革命與產業變革正在興起,我國紡織新材料、新工藝、新技術的開發能力和產業化水平再創新高。“十四五”時期,在全產業鏈的共同努力下,以單層氧化石墨烯為原料的康護纖維有望乘風破浪,領跑高質量發展新賽道。
(來源:中國化學纖維工業協會)