我国是石(shi)墨烯研究和应(ying)用开(kai)发最活跃的国家之一，相关产业正进入高速发展期。中商产业研究院发布的《2025-2030年中国石(shi)墨烯行业调研分析及(ji)市场预测报告》显示，2024年中国石(shi)墨烯市场规模(mo)达(da)到约411亿元。
记者(zhe)近日了(le)解到，目前石(shi)墨烯新(xin)材料(liao)在电力能源领域的研发应(ying)用已取(qu)得新(xin)突破，常(chang)温高导(dao)电复合材料(liao)具备(bei)产业化应(ying)用的基础(chu)。专家及(ji)业内人士认(ren)为，未来需进一步加强(qiang)技术研发投入和人才储备(bei)，着力打造全产业链协同创新(xin)的产业生态。
拓宽产业发展新(xin)蓝海
在位于浙江温州乐清的物联网(wang)传感产业园，石(shi)墨烯新(xin)材料(liao)创新(xin)中心孕育着发展新(xin)动能。这里正重点培育常(chang)温高导(dao)超级铜粉、超级铜线、超级铜带材等产业化能力，以及(ji)复合线材等制备(bei)规模(mo)化、工(gong)业化能力，加速新(xin)材料(liao)的落地应(ying)用。
在新(xin)一轮产业升级和科技革命大背景(jing)下，新(xin)材料(liao)产业必将(jiang)成为未来高新(xin)技术产业发展的基石(shi)和先导(dao)，对全球经济、科技、环境等各个领域发展产生深刻影响(xiang)。在中国石(shi)墨烯产业技术创新(xin)战略联盟理事长李(li)义春(chun)看来，石(shi)墨烯作为一种新(xin)型功能材料(liao)，具有广阔的应(ying)用前景(jing)。
石(shi)墨烯是由单层(ceng)碳原子构(gou)成的蜂窝状二维原子晶体材料(liao)，稳定的结构(gou)赋予其独特的物理化学性质，尤其是超高载(zai)流子迁(qian)移率和极高的导(dao)热率，使石(shi)墨烯新(xin)材料(liao)在发挥其导(dao)热性和导(dao)电性的应(ying)用领域中为人们所青(qing)睐。
李(li)义春(chun)先容(shao)，根据石(shi)墨烯出众的性能特点，可以将(jiang)其应(ying)用领域大致分为电子信息、能源储存与转(zhuan)换(huan)、复合材料(liao)、生物医药、环境工(gong)程等。在这些领域中，已经有一些石(shi)墨烯产品或原型得到了(le)实验室验证(zheng)或通(tong)过(guo)了(le)小规模(mo)试验，如石(shi)墨烯晶体管、触(chu)摸屏、太阳能电池、超级电容器(qi)、导(dao)电油墨、传感器(qi)等。
目前，全球石(shi)墨烯年产量超过(guo)23000吨，全球有250多家企业将(jiang)石(shi)墨烯材料(liao)商业化，这表明石(shi)墨烯市场正在不断扩大。据不完全统计，有80多个国家和地区在积极布局和推进石(shi)墨烯产业发展。多家权威市场分析机构(gou)预测，2023年至2028年，整个石(shi)墨烯产业规模(mo)的年均复合增(zeng)长率将(jiang)达(da)到30%至45%。
“我国高度重视石(shi)墨烯的研发与产业化发展，从国家和地方层(ceng)面在资金和政策(ce)上给予不断支撑，研究和产业化进程基本与国际同步。”中国科学院院士刘忠范说(shuo)，我国石(shi)墨烯论文(wen)发表、专利申(shen)请数量均占据全球总数的四分之三左右(you)，相关企业数量超过(guo)5万家。
刘忠范认(ren)为，从国内情况来看，我国在石(shi)墨烯的基础(chu)研究和专利申(shen)请方面已经取(qu)得了(le)世界领先的地位，有雄厚的人才储备(bei)和科技支撑，也(ye)有庞大的市场需求和政策(ce)扶持，因(yin)此拥有实现石(shi)墨烯产业化的优势和条件。
常(chang)温高导(dao)电材料(liao)研发取(qu)得新(xin)进展
经过(guo)8年研究攻关，正泰集团在常(chang)温高导(dao)电石(shi)墨烯铜复合材料(liao)领域已经取(qu)得了(le)多项重要成果。“企业开(kai)发的高导(dao)电石(shi)墨烯复合材料(liao)在2024年8月的第三方导(dao)电率测试中取(qu)得了(le)109.6%IACS（国际退火铜标准）的高性能结果，顺利达(da)成了(le)技术目标对材料(liao)导(dao)电性能的要求。”浙江省工(gong)商联主席、正泰集团董事长南存辉说(shuo)。
据先容(shao)，采用石(shi)墨烯化学气相沉(chen)积（CVD）生长技术，在制备(bei)高导(dao)电石(shi)墨烯铜复合材料(liao)时，通(tong)过(guo)控制各个铜石(shi)墨烯粉体制备(bei)工(gong)艺中的实验参数可以调整石(shi)墨烯与铜之间的结合力，铜粉上薄膜石(shi)墨烯的片层(ceng)厚度在1至10层(ceng)可控，薄膜石(shi)墨烯在铜粉表面的包覆率在30%至95%可调，导(dao)电率可实现108%IACS。
“其中，基于CVD铜粉石(shi)墨烯生长法制备(bei)的石(shi)墨烯铜复合材料(liao)已经成功应(ying)用到触(chu)点领域，并率先实现触(chu)点的产业化，打通(tong)了(le)从原材料(liao)到复合材料(liao)再到触(chu)点产品的全产业链。”正泰集团副总裁王(wang)国荣说(shuo)，目前新(xin)能源与电网(wang)领域的产线布局也(ye)已打通(tong)，产品陆续在充电枪、变压器(qi)、电线电缆等产品上进行试制。
在高导(dao)电石(shi)墨烯铜复合材料(liao)研发中，核心任务就是具有高性能优势的石(shi)墨烯铜复合材料(liao)的稳定制备(bei)，而其核心指标就是如何实现材料(liao)导(dao)电率的提升。
“在初步实现高导(dao)电石(shi)墨烯铜复合材料(liao)制备(bei)后，大家组建了(le)三支团队(dui)、用三种方法来开(kai)发高导(dao)电石(shi)墨烯复合材料(liao)，在2021年初才逐渐找到了(le)提高导(dao)电能力的关键影响(xiang)因(yin)素，并逐步提升导(dao)电能力。”南存辉说(shuo)。
中国电力科学研究院电工(gong)新(xin)材料(liao)研究所电工(gong)导(dao)体材料(liao)研究室主任丁一说(shuo)，根据测算，导(dao)电率提高1%IACS，每公里输电线路每年可节能1000至2500度电。若采用对标银的108%IACS高导(dao)电石(shi)墨烯铜，按全国10千伏、220千伏及(ji)以上线路总长630万公里计算，每年可节约500亿至1260亿度电，年节电量相当于再造一座三峡大坝。
同时，石(shi)墨烯新(xin)材料(liao)与新(xin)兴业态的融合催生了(le)更多应(ying)用场景(jing)。依托(tuo)自主研发的超高导(dao)电石(shi)墨烯铜复合材料(liao)，正泰创新(xin)打造出高镍-硅碳、高镍-锂(li)和锂(li)硫体系电芯及(ji)模(mo)组产品，以及(ji)适用于光伏和风力电站、电网(wang)巡检(jian)维护场景(jing)的“幽(you)影”无人机。产品不仅满足了(le)长续航和极端环境的巡检(jian)需求，还(hai)在工(gong)业无人机市场中实现了(le)最长120分钟的续航时间。
加快推动产业链协同创新(xin)
尽(jin)管目前研发应(ying)用已取(qu)得积极进展，但专家和业内人士认(ren)为，批量化制备(bei)技术、低成本剥离转(zhuan)移技术、统一的产品标准等仍不同程度制约石(shi)墨烯新(xin)材料(liao)产业化速度。
“未来，大家将(jiang)从平台(tai)搭建、人才培育等角(jiao)度夯实创新(xin)研发基础(chu)。”南存辉说(shuo)，“一方面，进一步建立和发挥复合技术及(ji)设备(bei)研发、批量制备(bei)、性能检(jian)测、产品应(ying)用测试等平台(tai)在技术应(ying)用研发和技术转(zhuan)移转(zhuan)化方面的优势，加快关键技术成果的转(zhuan)化，同时，重视人才队(dui)伍建设及(ji)培养，坚持以产业化思维、工(gong)程化思维培养科创人才。”
石(shi)墨烯复合材料(liao)涉及(ji)多个环节，刘忠范等专家认(ren)为，应(ying)加强(qiang)原材料(liao)供应(ying)商、石(shi)墨烯生产企业、应(ying)用企业之间的合作与协同。通(tong)过(guo)建立产业联盟、合作研发项目等方式，实现产业链的无缝对接，提高产业效率和竞争力。
以正泰集团的实践为例，在石(shi)墨烯复合材料(liao)触(chu)点产品开(kai)发中，以上海新(xin)池能源科技有限(xian)企业（以下简称“新(xin)池能源”）为主体，温州宏丰电工(gong)股份(fen)有限(xian)企业（以下简称“宏丰电工(gong)”）、福达(da)合金材料(liao)股份(fen)有限(xian)企业（以下简称“福达(da)合金”）和浙江正泰电器(qi)股份(fen)有限(xian)企业（以下简称“正泰电器(qi)”）协作，四家企业作为产品的产业链上下游企业，共同研发新(xin)材料(liao)新(xin)产品。
王(wang)国荣先容(shao)，新(xin)池能源作为新(xin)材料(liao)的开(kai)发企业，提供新(xin)材料(liao)给宏丰电工(gong)和福达(da)合金，后者(zhe)将(jiang)新(xin)材料(liao)加工(gong)成电工(gong)触(chu)点产品，然后送至正泰电器(qi)将(jiang)触(chu)点组装到对应(ying)型号的开(kai)关中进行产品性能验证(zheng)，验证(zheng)结果反馈到新(xin)池能源，对验证(zheng)结果进行分析总结，然后制定新(xin)的研发计划开(kai)展下一轮产品验证(zheng)，直到性能达(da)到产品要求。以这样的合作方式，经过(guo)长期的共同开(kai)发攻关，才实现了(le)新(xin)产品的落地和批量化应(ying)用。
在畅通(tong)产学研合作机制方面，李(li)义春(chun)认(ren)为，要通(tong)过(guo)市场价值引导(dao)，进一步构(gou)建“产-学-研-用”的新(xin)材料(liao)创新(xin)体系，充分发挥企业、高校、科研院所各自在基础(chu)研究、人才、技术方面的优势，协同攻克高导(dao)电石(shi)墨烯铜复合材料(liao)产业化制备(bei)、应(ying)用等关键技术，共同实现石(shi)墨烯新(xin)材料(liao)的产业化和应(ying)用推广。