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标准制定:建立石墨烯的共同语言
作者:陈成猛 谢莉婧 黄显虹 发表时间:2016年02月01日

  石墨烯作为一种技术含量极高的炭材料,正激发起人们对未来世界的无限遐想。由于其导电性好、比表面积大、强度高、韧性好、重量轻、透光率高等特点,石墨烯在超级电容器或锂离子电池、导电油墨、导热材料、透明导电薄膜、抗静电材料、海水淡化、防腐涂料等领域应用前景广泛。

  目前,英国、美国、日本和韩国等国家和地区都在各领域做出了战略部署,支持石墨烯技术研发,推动其产业发展。同时,企业也积极投入到石墨烯研发和产业化的竞争中。IBM、巴斯夫、诺基亚、三星、索尼、拜耳和卡博特等巨头均已投入巨额资金,在高速晶体管、导电油墨、柔性触控屏和超级电容器等领域布局,并已取得重要进展,力图迅速占领石墨烯产业制高点。

  国内进展迅速

  我国在石墨烯领域起步较早,始于2007年,与国际基本同步,且发展较快。以中国科学院(山西煤化所、沈阳金属所、宁波材料所、北京物理所、上海微系统所等)、清华大学、南开大学和浙江大学等为代表的科研机构成为我国石墨烯研究的先驱,已开展大量基础研究和应用研发,为石墨烯产业化奠定了良好基础。我国也是石墨烯研究和应用开发最为活跃的国家之一。数据显示,自2012年开始,我国在石墨烯论文和专利方面居全球首位;截至2015年初,所有国家中,我国申请的石墨烯专利数量最多,已超过2200项,占全世界的三分之一,技术储备相对丰厚。

  2010年后,石墨烯产业化在全国范围内快速发展。通过产学研和投资结合,国内涌现出宁波墨西、第六元素、上海新池和二维碳素等一批示范企业。到2013年,国内多家单位宣称在石墨烯规模化制备领域取得较大突破。常州第六元素宣称实现年产100吨粉体,并于2014年10月在新三板上市。宁波墨西宣称实现年产300吨石墨烯粉体,中科院重庆研究院研制出15英寸单层石墨烯。同年5月,常州二维碳素、无锡格菲、深圳力合联合江南石墨烯研究院在常州投产3万平方米薄膜生产线,宣称实现了石墨烯透明导电薄膜的中试生产。此外,国内还有上海新池能源科技有限公司、天津普兰纳米科技有限公司、济宁利特纳米技术有限责任公司、厦门凯纳石墨烯技术有限公司和南京科孚纳米技术有限公司等企业宣称实现石墨烯规模化生产。

  虽然我国在石墨烯材料制备和应用探索方面已经取得了一定的成果,但要想真正实现规模化应用,仍有一系列的问题待解决。同时随着石墨烯产业化进程的加快,亟须国家出台界定和检测石墨烯的相关标准,从而为石墨烯的应用创造更好的环境。

  标准化任重道远

  值得注意的是,石墨烯概念在资本市场同样风起云涌,目前已有金路集团、华丽家族、乐通股份、中国宝安、方大炭素和中航三鑫等数十只股票被轮番炒作,此举虽推动了中国石墨烯产业的发展,但难免会催生一些泡沫。一些企业存在夸大产能和跟风炒作等问题。因行业目前尚无统一标准,市场上流通的石墨烯品质良莠不齐,有的厂家以次充好,甚至将石墨粉和膨胀石墨与石墨烯混为一谈,给整个石墨烯行业带来了负面效应。究其原因,石墨烯作为“21世纪的新材料”之一,国内外并没有可供借鉴的现成技术和经验,就石墨烯的性能、制备方法、检测表征方法等行业技术核心问题上尚未形成共识,这对石墨烯产业的发展乃至上下游企业间的交流造成了不可忽视的影响。可见,石墨烯标准化工作任重而道远。鉴于此,率先建立石墨烯产业标准对我国在新一轮高新技术产业国际竞争中抢占先机具有重要意义。英国国家物理实验室量子电计量研究人员TJanssen曾说:“由于存在不同类型的石墨烯和不同的生产方式,必须确保说着同样的语言。”标准的制定就是建立关于石墨烯的共同语言。

  国际标准化组织ISO对石墨烯材料的标准化工作非常关注,ISO/TC229纳米技术委员会在2012年专门成立了石墨烯标准研究组(StudyGroupongraphene),该研究组由美国和韩国牵头,提出了未来几年内石墨烯标准制定的路线图。

  我国在石墨烯标准化工作方面发展较晚,直到2013年才由中国石墨烯产业技术创新战略联盟确定建立石墨烯联盟标准,但发展速度较快。

  中国科学院山西煤炭化学研究所是中国石墨烯产业技术创新联盟首批理事单位,是标准工作组委员。从石墨烯规模化制备到石墨烯应用,中间存在一个过渡,也就是面向终端用户的二次开发。在此过程中,我们总结了影响石墨烯材料最终应用性能的关键因素,作为牵头主起草单位并制定了系列石墨烯材料的联盟标准。其中,《QLM03CGS001-2014化学滴定法定量分析石墨烯表面含氧官能团含量》于2015年01月29日正式发布;《WG03CGS/WT005-2015石墨烯材料中非金属元素分析》和《WG03CGS/WT007-2014吸收分光光度计法测定石墨烯中钾、钠、锰和铁含量》2项标准已于2015年12月27日通过了同行专家的评审。我们的石墨烯标准化工作得到了同行专家们的认可。同时,山西煤炭化学研究所还参与了《Q/LM01CGS001-2013石墨烯材料的名词术语和定义》标准的制定工作。上述工作为中国石墨烯产业的规范化、可持续发展提出了依据,由于国际石墨烯标准至今仍处于缺位状态,届时该标准有望晋升为国际标准,对抢占国际话语权具有重要意义。

  总体来说,石墨烯标准不仅成为对其质量的“硬约束”,也将建立不同类型和不同生产方式的产品的共同语言。随着石墨烯产业化进程的加快,标准化工作的重要性和紧迫性越来越突出。推动标准化工作有利于促进石墨烯产业得到规范化、规模化和持续健康发展。

  作者单位:中国科学院山西煤炭化学研究所

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