产学研合作点“墨”成金

　　记者　狄婕

　　有了环保电动汽车，却担心蓄电池不给力不敢跑长途——石墨烯基锂离子电池和超级电容器会解决这一问题。

　　智能手机、平板电脑屏幕较大，携带不方便——石墨烯可以制造出轻薄如纸折叠入袋的手机、平板电脑——

　　我省石墨探明储量10亿吨左右，占世界总储量的45%。得天独厚的资源禀赋奠定了我省中国石墨主产区的地位。如何让传统的石墨原料蜕变升华，使这一资源优势成为产业优势，进而转化为经济优势？

　　龙江大地上，一项点“墨”成金的精深研发正大放异彩。

　　　　 新材料时代

　　　　 石墨烯走入大众视野

　　智能手机、平板电脑的屏幕越来越大，携带越发不方便。有了环保电动汽车，却担心充电时间和续航能力不敢跑长途。广泛应用于保温领域的聚氨酯硬质泡沫却极易燃烧，该如何取舍？在云山碳业——哈尔滨工业大学石墨深加工技术研发中心，记者发现这些困扰消费者的问题已经不再是问题。

　　而这些都得益于一种全新材料——石墨烯。

　　很长时间里，石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。直至2004年，英国曼彻斯特大学两位物理学家成功在实验中将石墨烯从石墨中分离，证实了石墨烯可以单独存在。相关专家介绍，人们常见的石墨，是由一层层以蜂窝状有序排列的碳原子堆叠而成，层与层之间作用力较弱，可以相互剥离形成薄薄的石墨片。当石墨被剥离到单层、只有一个碳原子厚度时，所得到的石墨片就是石墨烯，它的厚度只有0.334纳米，20万片加在一起，才相当于一根头发丝的厚度。

　　2010年，英国曼彻斯特大学两名教授因在石墨烯方面的卓越研究而分享了诺贝尔物理学奖，同时也引爆了石墨开发热潮。从此，目前世界上最薄、最硬的材料——石墨烯逐渐走入大众的视野，也造就了石墨烯新型材料研发的“天时”，并在现代电子科技领域引发新一轮革命。

　　　　 龙江研发

　　　　 占据天时地利人和

　　在地球的另一端——中国黑龙江，早在上世纪90年代，以已故中国工程院院士雷廷全教授为代表的一批哈工大人，即投身于石墨深加工研发事业。进入21世纪，哈工大周玉院士和温广武教授带领科研团队继承和发扬老一辈科技工作者在石墨深加工领域的技术优势，在提升石墨深加工产品的研发水平，推进石墨技术的产业化进程等方面都取得了突破性成果。我省有着得天独厚的“地利”优势。据统计，中国石墨储量占世界的77%，这其中的60%以上在黑龙江。

　　位于萝北县的云山碳业公司，占地10万平方米，拥有选矿厂一座，年产6万吨中高纯石墨精粉，目前已有足够的中试及产业化基地。2011年11月3日，云山碳业有限公司和石墨深加工领域研发的佼佼者——哈尔滨工业大学强强联手，共同成立了“云山碳业——哈尔滨工业大学石墨深加工技术研发中心”。抓住了天时、地利，石墨烯研究更迎来了“人和”。

　　据研发中心黄小萧副教授介绍，该中心坐落于哈尔滨工业大学威海校区，占地10亩，建筑面积5000平方米。中心现有全职研发人员21人，20人具有博士学位，其中14人具有海外博士学位。有中国工程院院士1人，国家百千万人才称号、突出贡献中青年专家1人，博士生导师3人。每年有约20名博士、硕士研究生参与科研活动。此外，该中心每年选派优秀研发人员到国际顶尖研究机构、院校进行学术交流，不断增强自身研发能力。目前，中心已拥有透射电子显微镜、场发射扫描电子显微镜、核磁共振谱仪、拉曼光谱仪等国际一流分析测试设备。天时、地利、人和，按下了石墨烯研发的“快速键”。

　　　　顺“烯”万变

　　　　新模式加速成果转化

　　研发中心的成立，搭建了在石墨深加工领域全新的产学研合作平台，这种新的合作模式依托大学的研究力量，既整合了企业和市场资源，也具备了更强的创新性和可操作性，有利于研究成果的迅速转化。研发团队带头人温广武教授告诉记者，经过多年的不断努力，“云山碳业——哈尔滨工业大学石墨深加工技术研发中心”不仅有了一套自主知识产权的石墨烯分离方法，还利用石墨烯独特的二维结构所具备的优异性能研发出了诸多成果。石墨烯的规模化生产已完成中试，其层厚约1~3纳米，具有优异的导电、导热特性，产品质量跻身世界先进行列。目前公司正在进行年产30吨石墨烯生产装备设计制造及其生产线的设计安装等工作，2014年末可投入规模化生产。

　　石墨烯的研发生产，将让很多生活问题迎刃而解。手机携带不方便？利用石墨烯轻薄、柔韧的特点，研发中心已经设计出可弯折全固态超级电容器，可以制造出轻薄如纸可折叠入袋的手机、平板电脑；电动车蓄电池不给力？研发中心研发的石墨烯基锂离子电池和超级电容器会解决这一问题；想要保温还担心火灾隐患怎么办？研发中心自主研发的小尺寸、高膨胀倍数的可膨胀石墨作为无机阻燃添加剂，结合传统的阻燃剂一起协同使用就可极大提高保温材料——聚氨酯硬泡的阻燃性能。温广武表示，得益于先进的产学研合作模式，研发中心除了上述领域，在石墨烯导电、导热及航空航天应用方面的研究也都取得了突破性进展，这些研究在国际上亦处于领先水平。目前，中心有专利45项，其中和石墨深加工相关18项。云山碳业公司总经理周宏告诉记者，作为企业，必须认真面对并切实解决石墨烯产业化道路上存在的现实问题，他们将尽最大努力将实验室的成果在最短时间内形成产品，来满足下游的应用和需求。今后，他们还会加大研发力度，使性质研究与制备工艺同步加强，基础研发与商业化发展并行推进。研发中心在国家大力发展新能源、新技术等政策保障下，将全力攻克全球石墨烯及其应用领域发展高地，实现该领域的“中国创造”。