生物质制备工艺带来石墨烯平价时代

李希平

石墨烯，当今发现的世界上最纤薄、电阻率最小，却最坚硬的纳米材料，被经济学界和科技界专家普遍认为是革命性的新材料，应用非常广泛，发展前景巨大，已在国内外资本市场掀起轩然大波。有专家预测，这个新材料未来将撬动至少千亿级的产业链……

石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的新型纳米材料， 从2004年石墨烯在实验室被正式制备以来，受到全球广泛关注，被誉为“新材料之王”。世界各国纷纷将石墨烯及其应用技术作为长期战略发展方向，以期在由石墨烯引发的新一轮产业革命中占据主动和先机。

平价石墨烯时代到来

中国已成为全球范围内关于石墨烯的出版物和专利的领先者。数据显示，中国申请的石墨烯专利数量已超过2200项，占全世界的1/3，位居全球首位。目前已初步形成了政府、科研机构、研发和应用企业协同创新的官产学研合作对接机制，并涌现出了一大批石墨烯相关企业，在基础与应用技术方面诞生一大批优秀成果。

济南圣泉集团股份有限公司更是走出了一条生物质石墨烯艰难探索创新发展之路，加速了中国石墨烯产业化应用进程。圣泉专注于生物质及各类新材料的研发与综合利用，经过三十多年的创新发展，形成了独具圣泉特色的生物质综合利用产业链，成为全球生物质产业的佼佼者。主导产品呋喃树脂和酚醛树脂产销规模处于领先地位，公司是国家“神舟”系列飞船返回舱保温原材料指定制造商。近年来在生物质石墨烯、生物医药、健康食品、轨道交通复合材料等领域诞生大批高新技术成果，其产品品质、经营模式等赢得行业广泛认可。

圣泉集团自2008年开始不遗余力地开展生物质综合利用与产业化研究。经过与中科院化学所、清华大学、山东大学、天津大学等国内知名院校的合作攻关，对以玉米芯为主的生物质各元素深度开发，积累了一系列研发成果和经验。2014年6月，公司与黑龙江大学付宏刚教授长江学者团队合作联合开发生物质石墨烯制备工艺，由对方提供工艺配方和核心技术，圣泉负责原材料的研究、工业化大生产和应用方面的实验研究。经过双方一年的努力，运用“基团配位组装法”工艺方法制备生物质石墨烯宣告成功，在全球首创了以生物质为原料制备石墨烯的先河，并通过公司科研团队在原料、工艺流程、后处理精制等过程上的不断优化和创新，初步解决了石墨烯改性和分散这两大世界性难题，使生物质石墨烯具有了更加优异的性能，全球首条100吨/年生物质石墨烯工业化生产线已于今年10月在圣泉集团成功投产。圣泉将以1元每克的价格向市场供应生物石墨烯。

石墨烯的广泛应用

将石墨烯加入到酚醛树脂中，固化后抗冲击强度可提高150%，弯曲强度提高40%；加入到轨道交通新型复合材料“轻芯钢”上，可有效提升该材料强度一倍以上，同时其抗冲击、抗弯曲性能和耐磨性均有显著提升，且无毒、气体释放量小，适宜大量使用在高铁、汽车、轮船、飞机等高端内饰材料上。

目前在橡胶、皮革和塑料上的应用已经取得显著成果。据山东理工大学与圣泉集团共同出具的检测报告显示，在橡胶中添加1.5%的石墨烯，拉伸强度提高了90%，在PVB中添加1%石墨烯，拉伸强度提高了120%，在橡胶中添加10%的石墨烯，电导率提高了1000倍以上；将石墨烯加入到皮革中，能有效增加强度，提高防火性能，同时自然具有防静电性能，目前仅在皮革表面PU层的的市场用量达到100万吨，加入1%的石墨烯，需求达一万吨；尤其在急需提升品质的汽车内饰皮革材料中加入石墨烯，可有效提高防火等级，材料强度、抗耐磨度、抗撕裂度、柔软度和光泽度等均有显著提升。

而在可预见的一段时间内，最有可能因为石墨烯的广泛应用而被改写发展史的，将是汽车产业。用在刹车片上，磨损率大幅降低，同时在高温下保证了摩擦系数的稳定；加到轮胎上，可增加轮胎强度，有效延长轮胎使用寿命；用在汽车滤纸行业，其具备的良好散热性和超强导电性，可确保及时释放静电荷，减少因剧烈摩擦引起的温度骤升。

圣泉还先考虑将石墨烯应用于和大众生活密切相关的领域，在纤维上进行了积极探索并取得重大突破。公司与青岛大学曲丽君教授科研团队合作研发了生物质石墨烯粘胶纤维纺丝技术，与东华大学联合开发了生物质石墨烯涤纶、锦纶纤维制备工艺，他们将这种复合纤维命名为“内暖”纤维。圣泉集团计划将生物质石墨烯应用到军服上，使士兵在冬季告别臃肿的防寒服装，应用于普通保暖服饰，让爱美人士在冬天“既有风度，又有温度”。同时据《中国经济信息》记者了解，圣泉集团还有意在减肥服装等多方面进行探索。一系列的“智能多功能”特性，让这些外表看似普通的内衣、袜子、T恤、坐垫、枕头等与我们日常生活息息相关的产品立即变得神奇起来。圣泉集团生产的石墨烯内暖纤维，有长丝、短纤，而且规格齐全，短纤可与莫代尔、黏胶、棉、普通腈纶等其他各种纤维搭配混纺，长丝可与各种纤维交织，制备不同功能需求的纱线面料。在纺织领域，可以制成内衣、内裤、外衣、袜类、婴幼服饰、家居面料、户外外套等。

今年7月27日，在山东省经信委组织的生物质石墨烯“内暖”纤维及其在纺织领域中的应用科技成果鉴定会上，以中国工程院姚穆院士为主任的鉴定委员会一致认为，圣泉生物质石墨烯“内暖”纤维，是一种全新的智能多功能复合纤维，具有激活免疫细胞、防护紫外线、改善微循环、抗菌抑菌、增温增阳等特性，主要技术指标及性能达到国际领先水平。生物质石墨烯“内暖”纤维的问世，使圣泉占领了全球石墨烯生产及应用新高地。科研、生产与应用紧密结合，生物质石墨烯在功能性纤维制品上的成功应用，打开了生物质石墨烯大规模商品化应用的一扇天窗。

石墨烯发展前景

在当前新一轮产业转型升级和科技革命的大背景下，石墨烯新材料产业将对全球经济、科技、环境等各个领域都将产生深远影响。

日前，国家主席习近平访问英国期间，在英国财政大臣乔治？奥斯本的陪同下参观曼彻斯特大学的石墨烯研究所，并积极推动两国之间的石墨烯合作项目。石墨烯在未来的发展前景如何，为此，我们采访了山东省科技厅技术市场办公室主任廉荣，他告诉《中国经济信息》记者，石墨烯是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米材料，在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等领域应用前景广阔，世界各国纷纷将石墨烯及其应用技术研发作为长期战略予以重点关注。未来10年，石墨烯具有提升和变革若干产业领域的巨大潜力，同时也有望在全球创造大量就业机会。因而，从技术角度审视石墨烯究竟对哪些具体产业领域更为重要非常关键。

未来10年，石墨烯将先后在复合材料、透明半导体材料、能源、光子、光电子和传感器等领域走向应用。从时间表来看，未来2年到3年内石墨烯最有希望的应用将是复合材料。一家名为Head的欧洲公司，正在利用石墨烯生产网球拍；另一家欧洲公司也正准备推出加入石墨烯的自行车轮胎；还有一家公司正将注意力转向具有机械特性和热力特性的复合材料。这些应用都属于复合材料领域。其后，将是透明导电材料如手机和电视屏幕等。未来5年内，石墨烯在能源领域也将大有作为，如石墨烯电池和石墨烯超级电容器等。未来5年到10年内，石墨烯将在光学、光子学和传感器等领域，如光感测器、激光感测器、调制器及数据传输设备等方面得到应用。endprint