石墨烯，一種技術(shù)含量非常高、應(yīng)用潛力非常廣泛的碳材料，憑借優(yōu)異性能可廣泛應(yīng)用于新能源汽車、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域，被《中國(guó)制造2025》列為戰(zhàn)略前沿材料之一，成為“十三五”新材料領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象。

“我們將以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)為先導(dǎo)，打造世界級(jí)石墨烯生產(chǎn)和應(yīng)用基地，推動(dòng)廣西‘2025中國(guó)制造’產(chǎn)業(yè)升級(jí)。”近日，國(guó)際知名電化學(xué)專家、國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)獲得者、廣西大學(xué)可再生能源材料協(xié)同創(chuàng)新中心主任沈培康教授向記者描繪了依托廣西大學(xué)多學(xué)科融合的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來(lái)前景。

突破批量制備石墨烯瓶頸

作為材料界的新星，石墨烯因具有極好的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)以及光學(xué)性能，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)、鋰離子電池、航天、軍工、新一代顯示器等傳統(tǒng)領(lǐng)域和新能源、新材料等新興領(lǐng)域都將帶來(lái)革命性的技術(shù)進(jìn)步。

“盡管石墨烯在諸多領(lǐng)域有著巨大應(yīng)用，但是沒(méi)有一種方法可以大批量生產(chǎn)石墨烯。”沈培康教授介紹說(shuō)，二維石墨烯存在著合成成本高，工藝復(fù)雜;易于堆積或團(tuán)聚;分散于穩(wěn)定劑中，濃度很低等材料制備和應(yīng)用難點(diǎn)。

在制備三維石墨烯并降低成本的道路上，沈培康教授團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了長(zhǎng)期研究，并邁出了關(guān)鍵一步——發(fā)明了離子交換樹(shù)脂一步法批量制備三維多級(jí)孔石墨烯材料。“石墨烯三維化是二維石墨烯片應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)，我們通過(guò)離子交換樹(shù)脂一步法制備三維類石墨烯材料，產(chǎn)品合成工藝簡(jiǎn)單，原料來(lái)源廣泛，成本低廉，可以成噸、成百噸生產(chǎn)。”沈培康教授說(shuō)。

在研究中，沈培康教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，此方法合成的三維多級(jí)孔自摻雜(氮、磷、硼等)類石墨烯材料具有其它碳材料包括商用石墨烯在內(nèi)的碳材料不具備的性質(zhì)，比如高比表面積、高導(dǎo)電性、自摻雜、多級(jí)孔結(jié)構(gòu)等。

應(yīng)用擴(kuò)展到車體輕量化領(lǐng)域

石墨烯的實(shí)際應(yīng)用范圍廣泛，車體輕量化就是其中一個(gè)重要領(lǐng)域。

由于環(huán)保和節(jié)能要求日趨嚴(yán)格，汽車輕量化已日漸成為世界汽車發(fā)展的趨勢(shì)和熱點(diǎn)。研究數(shù)據(jù)表明：汽車重量每減少10%，燃油消耗可降低6%—8%。

近年來(lái)，作為一種新型的超強(qiáng)材料，石墨烯在汽車工業(yè)領(lǐng)域正受到廣泛的重視。“石墨烯是目前已知最薄和最強(qiáng)韌的納米材料，斷裂強(qiáng)度是鋼材的200倍，拉伸幅度可達(dá)到自身尺寸的20%。”沈培康教授說(shuō)。

目前，廣西大學(xué)可再生能源材料協(xié)同創(chuàng)新中心正在對(duì)三維石墨烯材料的應(yīng)用擴(kuò)展到車體輕量化領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)室研究表明三維石墨烯在車體輕量化增強(qiáng)材料方面有巨大的應(yīng)用前景。

“我們擬用3D石墨烯超增強(qiáng)因子，制備超輕超強(qiáng)高分子納米復(fù)合材料。”沈培康教授表示，通過(guò)將石墨烯整合到復(fù)合材料，在車體結(jié)構(gòu)中，特別是在承載車體中，取代或部分代替超強(qiáng)鋼構(gòu)件和高強(qiáng)鋼構(gòu)件和替代鋁合金構(gòu)件，以實(shí)現(xiàn)降低車體的自身重量，提高車體的可設(shè)計(jì)性和安全性;部件的易生產(chǎn)性，降低成本以及提高燃油效率或提高電動(dòng)汽車的續(xù)航能力等。

促進(jìn)廣西石墨烯產(chǎn)業(yè)新發(fā)展

在平臺(tái)建設(shè)方面，球差電鏡等大型儀器已陸續(xù)就位;在石墨烯批量制備方面，目前正在籌建中試生產(chǎn)示范車間，年產(chǎn)預(yù)計(jì)10噸;在石墨烯大規(guī)模應(yīng)用方面，已與廣州汽車集團(tuán)和廣西睿奕新能源建立了緊密的技術(shù)合作，分別合作研發(fā)石墨烯增強(qiáng)車體材料，車用動(dòng)力鋰硫電池、燃料電池和特種鋰一次性電池……廣西大學(xué)可再生能源材料協(xié)同創(chuàng)新中心自成立以來(lái)，已在三維石墨烯應(yīng)用研發(fā)方面取得了一系列成果。

“下一步，我們將通過(guò)成立石墨烯研究院;建立中試生產(chǎn)示范基地和石墨烯產(chǎn)業(yè)園;培養(yǎng)和引進(jìn)石墨烯專業(yè)人才;創(chuàng)建廣西石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，建立協(xié)同合作機(jī)制等舉措，努力將廣西打造成為世界粉末石墨烯生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用基地。”沈培康教授說(shuō)。

目前，石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景已引起廣西自治區(qū)的重視。

“可再生能源材料協(xié)同創(chuàng)新中心是支優(yōu)秀的研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)石墨烯有獨(dú)到研究，在業(yè)界占領(lǐng)了一席之地，大有可為。”近日，廣西壯族自治區(qū)黨委常委、自治區(qū)常務(wù)副主席唐仁健到廣西大學(xué)可再生能源材料協(xié)同創(chuàng)新中心調(diào)研時(shí)表示，既要抓好石墨烯基礎(chǔ)理論研究，也要把技術(shù)推向市場(chǎng)，盡快形成產(chǎn)業(yè)。自治區(qū)政府將優(yōu)先支持石墨烯產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，在科研經(jīng)費(fèi)、人才引進(jìn)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃建設(shè)等方面給予傾斜，推動(dòng)廣西新能源材料創(chuàng)新盡早取得新突破。