中国石墨烯产业化提速 ——济南圣泉集团创新侧记

圣泉集团董事长唐一林说,圣泉集团从2008年开始就致力于研究这个课题,从与山东大学共建第一个实验室开始,到今天与国内外众多高等院所专家开展合作联合开发,凭借300多名科研人员不懈攻关,终于从植物秸秆玉米芯中创造性地生产出了生物质石墨烯,并且在产品上实现了工业化大生产,颇为不易。

圣泉集团科研投入近1.5亿元,占主营业务销售收入的3%以上。同时,每年安排上千万元专项资金用于引进人才,建设企业智力库……这些都说明了一个道理:企业发展是硬道理,人才却是企业的硬实力!

中国石墨烯产业化提速 ——济南圣泉集团创新侧记

7月27日,山东省济南市,一款新型纤维产品迎来颇为隆重的诞生礼。

当日,山东省经信委组织的“生物质石墨烯功能纤维及其在纺织领域中的应用”鉴定验收会上,中国工程院院士姚穆等组成的专家组宣布,“主要技术指标及性能达到国际领先水平。”

据专家组成员介绍,它具有的低温远红外、抗菌抑菌、抗静电、防紫外线等智能多功能特性,主要因为采用了特殊的新材料———石墨烯。

该技术主要牵头研发生产单位济南圣泉集团,给它起了一个更好记的名字:石墨烯内暖纤维。

圣泉集团董事长唐一林说,圣泉集团从2008年开始就致力于研究这个课题,从与山东大学共建第一个实验室开始,到今天与国内外众多高等院所专家开展合作联合开发,凭借300多名科研人员不懈攻关,终于从植物秸秆玉米芯中创造性地生产出了生物质石墨烯,并且在产品上实现了工业化大生产,颇为不易。

中国石墨烯产业化提速 ——济南圣泉集团创新侧记

全国人大常委、民建中央副主席辜胜阻评价说,自2004年石墨烯被发现以来,就引起全球主要发达国家的关注。石墨烯超薄、强度超大的特性,可被广泛应用于各领域,比如超轻防弹衣、超薄超轻型飞机材料等。石墨烯优异的导电性,使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。目前,A股市场上,中国宝安、方大炭素、烯碳新材、乐通股份等多家公司均涉及石墨烯概念。

一波三折的研发路

石墨烯2004年问世,其发现者英国曼彻斯特大学安德烈·海姆教授于2010年因此获得诺贝尔物理学奖。石墨烯也是我国几乎与世界同步开展研发的少数新材料之一。

2015年5月18日,国家金融信息中心指数研究院发布的全球首个石墨烯指数显示,全球石墨烯产业综合发展实力排名前三位的国家分别是美国、日本和中国。

据专家介绍,我国是石墨烯研究和应用开发最为活跃的国家之一,但受制于技术尚处培植期,下游产品和市场开发不足。

此外,由于制备成本过高,石墨烯技术现在大部分仍停留在科研阶段。整个产业链到目前为止仍未实现疏通和整合,从石墨烯制备技术到转移技术以及打通下游应用等方面,都亟待实现进一步突破。

即便如此,2008年,圣泉集团决定研发石墨烯产品时,也没想到过程会如此充满戏剧性。

当年,圣泉集团技术研发部门讨论公司主打产品的原材料,即秸秆的深度开发时,发现其提取后的废品中可能存在石墨烯,并就此奠定了公司继续深度开发的决心。

结果,这个过程竟然长达6年,直到2014年圣泉集团联合黑龙江大学长江学者团队成功研发了“基团配位组装法”工艺制备生物质石墨烯,才真正打通了石墨烯工业化生产的道路。

从秸秆中提取石墨烯,实现了行业的一个重大创新,但从工业化到产业化的临门一脚,却让圣泉集团的技术人员在不到一年内,深刻地体验到冰火两重天的感觉。

最初,圣泉集团技术人员曾经尝试将石墨烯加入树脂中,以期增加集团原有耐火材料的耐高温性能,也曾尝试将石墨烯加入橡胶中,以增强耐磨性能。虽然试验都取得了成功,但由于石墨烯昂贵的价格和性能提高幅度与产品最终形成的价值不成比例,相关课题仍然处于深度研发中。

最后,圣泉集团将目光投向了集团内部另一条已相对完整的产业链:以农作物秸秆为原材料的各种高附加值新材料。

在过去的30年里,圣泉集团一直致力于利用玉米芯生产糠醛并深加工呋喃树脂。近年来,植物秸秆利用又取得重大技术突破,实现了将植物秸秆的纤维素、半纤维素、木质素三大主要成分全部有效提取。

唐一林介绍说,对于作为副产品的纤维素、半纤维素、木质素,圣泉集团也曾有过将其用于纺纱或造纸的想法,但是因为企业没有将其作为主攻方向等原因而放弃。在实现了石墨烯工业化生产技术突破之后,我们突然思路大开:把石墨烯用在纤维素上,生产功能性纤维,将高科技直接用于人们的健康生活,或将为石墨烯找到一块更有价值的用武之地。

创新背后的坚守

长期从事纺织材料学相关领域科研和教学的姚穆院士,曾提出基于中国人体皮肤感觉神经系统特点及综合相关理论,开拓了人体着装舒适性研究新领域,为特种功能服装研制奠定了理论基础。

姚穆认为,以天然纤维为基体,与圣泉生物质石墨烯经特殊工艺有机融合,得到的圣泉石墨烯内暖纤维是一种全新的智能多功能复合纤维。比如,其远红外功能对于加速微循环、保障皮肤健康作用明显。

山东圣泉生物质石墨烯研究院常务副院长张金柱介绍说,石墨烯内暖纤维的用途并不仅限于服装领域,还可以应用于生产车辆内饰、美容医疗卫材、摩擦材料、过滤材料等。

如今,圣泉集团的石墨烯产业化已经正式起步。

“智能化”服饰是近几年纺织服装界的发展潮流。依靠生物质石墨烯内暖纤维导热导电的特点,圣泉集团与英国泰科曼公司已经正式签署战略合作协议推出智能文胸,通过内置感应器测量女性胸部温度细微变化来确定是否有可疑肿块。

此外,唐一林表示,公司计划将生物质石墨烯应用到军服上,这种智能多功能服饰可以使士兵在冬季告别臃肿的防寒服装;应用于普通保暖服饰,更可以让爱美人士在冬天享受“既有风度,又有温度”的体验;集团还有意在减肥服装等多方面进行探索。

比起产业化初步探索的成功,对行业发展来讲,圣泉集团开创的石墨烯产业化路径,更为值得关注。

此前,全球主要石墨烯研发国家都面临一些瓶颈,我国也是如此。一是专利技术大部分还停留在科研阶段,二是研究机构与应用企业脱节,三是研究机构缺乏足够的资金支持。

有专家指出,圣泉集团的探索,由于研发、应用、生产实现了一体化,绕过了上述产业化障碍,加上圣泉集团制备石墨烯所用材料均为价格低廉、数量庞大、来源广泛的农作物秸秆,在实现石墨烯工业化充分量产之后,拥有产量和价格双重利器的圣泉集团,获得了重新架构企业竞争优势的契机。

辜胜阻说,“站在巨人的肩上,更容易超越巨人。”圣泉集团遵循“模仿创新、独立创新、合作创新”相结合的“集成创新”理念,深度整合资源,实现创新资源的最优化配置,优化创新环境,加速了科研成果的转化速度,有效增强了公司创新能力。

辜胜阻说,圣泉集团科研投入近1.5亿元,占主营业务销售收入的3%以上。同时,每年安排上千万元专项资金用于引进人才,建设企业智力库;秉持“围绕项目引人才、引好人才促项目”的思路,依托863计划等国家级重点项目,有重点地吸引高层次创新人才……这些都说明了一个道理:企业发展是硬道理,人才却是企业的硬实力!

济南圣泉集团始建于1979年,前身是国家“一五”期间前苏联援华的156个项目之一。“我们坚持30多年唯一不变的,就是对创新的追求。”唐一林说。

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