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假如用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，其重量不足1毫克，卻能承載一只1千克的貓——自2010年兩位科學(xué)家因石墨烯研究獲得諾貝爾物理學(xué)獎以來，這種神奇的材料可謂名聲大噪。
記者從日前由上海市中國工程院院士咨詢與學(xué)術(shù)活動中心主辦的“石墨烯的今天與明天”院士沙龍上獲悉，上游石墨烯的制備技術(shù)已能滿足當(dāng)前很多方向明確的應(yīng)用需求，只要打通中間環(huán)節(jié)，石墨烯走進(jìn)生活指日可待。
上海石墨烯基礎(chǔ)研究與世界并駕齊驅(qū)
石墨烯由碳原子構(gòu)成，斷裂強(qiáng)度是目前最好的鋼材的200倍，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20％，1毫米厚度就能包含大約300萬層石墨烯。華為總裁任正非曾說：“這個(gè)時(shí)代將來最大的顛覆，是石墨烯時(shí)代顛覆硅時(shí)代。”
上海理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長楊俊和透露，目前全球已有80多個(gè)國家投入石墨烯的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，美、英、日、韓等發(fā)達(dá)國家都把研發(fā)石墨烯作為國家戰(zhàn)略。
石墨烯的第一個(gè)專利出現(xiàn)在1994年，自其發(fā)現(xiàn)者2010年獲得諾貝爾獎后，全球的專利申請量呈井噴式爆發(fā)——截至2016年，世界石墨烯專利申請量已達(dá)9022件，其中來自中國的申請占了58％。據(jù)統(tǒng)計(jì)，圍繞石墨烯，上海擁有1600項(xiàng)專利，幾乎涵蓋了目前國際上開展的所有石墨烯研究方向。
最初提取石墨烯是用膠帶從鉛筆芯的石墨中“粘”出來的，如此原始的手工制備方法無法適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)，因此如何獲得又薄又純的石墨烯一直困擾著工業(yè)界。目前上海在石墨烯的兩大制備技術(shù)——液相剝離法和氧化還原法上，均取得了進(jìn)展，已能滿足當(dāng)下應(yīng)用水平的需要。
下游企業(yè)早已對用上這種只有一層原子厚度的二維晶體躍躍欲試，比如代替硅材料，成為下一代超級計(jì)算機(jī)的元器件，或者利用它的透明性，在顯示屏、太陽能發(fā)電板上大規(guī)模應(yīng)用，還能在生物、健康、環(huán)保等諸多領(lǐng)域大顯身手。
跨越從樣品到產(chǎn)品的“鴻溝”
既然上有來源，下有需求，為何還未看到石墨烯大規(guī)模應(yīng)用呢？楊俊和說：“因?yàn)閺臉悠返疆a(chǎn)品之間還有一道鴻溝。”
科學(xué)家只要在千萬次試驗(yàn)中找到一個(gè)性能優(yōu)異的樣品就行，而產(chǎn)業(yè)界則追求每個(gè)產(chǎn)品都合格達(dá)標(biāo)。作為科創(chuàng)中心建設(shè)首批規(guī)劃的18個(gè)研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺，一年前成立的上海石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺，正是為了打通石墨烯從樣品到產(chǎn)品的“最后一公里”。
楊俊和團(tuán)隊(duì)的石墨烯防腐涂料是最早入駐平臺的三條中試線之一，在這里他的產(chǎn)品要跑完從克級到噸級的試驗(yàn)。
“首先要解決的是石墨烯均勻分散問題。”上海石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺董事長孟巖說。在實(shí)驗(yàn)室里這個(gè)幾乎一根攪拌棒就能解決的問題，當(dāng)放大到千克級乃至噸級規(guī)模時(shí)，就成了需要融合溫度、壓力、超聲等一系列工藝技術(shù)的復(fù)雜問題。研究人員必須不斷摸索每種狀態(tài)下化學(xué)原料的“脾氣”，還要配合相應(yīng)設(shè)備，才能讓石墨烯均勻分散在基材中。
不久前，三條中試線均獲得成功。接下來，由上海華誼集團(tuán)出資，楊俊和團(tuán)隊(duì)的100噸石墨烯防腐材料試驗(yàn)將于下半年動工，明年投產(chǎn)，產(chǎn)能預(yù)計(jì)可達(dá)3．5萬噸。投產(chǎn)后，將極大滿足我國防腐涂料產(chǎn)業(yè)從油性升級為水性的產(chǎn)品缺口，應(yīng)用前景廣闊。
共性技術(shù)為上海石墨烯產(chǎn)業(yè)提速
被譽(yù)為“石墨烯之父”的英國曼徹斯特大學(xué)教授康斯坦丁·諾沃肖洛夫去年來滬時(shí)曾表示，英國僅用六年，就從最基礎(chǔ)的原創(chuàng)性成果摸到了產(chǎn)業(yè)化的邊緣。當(dāng)下，全球?qū)τ谑┑难芯刻幱谕黄鹋芫€，誰能成為石墨烯新產(chǎn)品的策源地，比拼的是速度。
通過一年來的中試，上海石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，正在謀劃升級——在原有中試生產(chǎn)線基礎(chǔ)上，今年又新增了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室和檢驗(yàn)檢測中心，這些為共性技術(shù)研發(fā)設(shè)立的新部門，將為每一個(gè)來到平臺轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品贏得時(shí)間。
“以前我們是為單個(gè)樣品建立中試線，隨著樣品越來越多，需要為它們提煉共性技術(shù)。”孟巖說。
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