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一根“头发丝”中的新质生产力

时间: 2024-12-05 11:12:12 |   作者: YAMAWA 丝攻

产品概述

  有一种东西,被认为是人类目前发现最薄的材料,十万层叠加起来也就一根头发丝的厚度。它叫石墨烯。

  让人想不到的是,只有0.34纳米厚的石墨烯,却比钻石还硬,它的强度相当于世界上最好的钢铁的200倍。

  国家创新与发展战略研究会学术委员会常务副主席黄奇帆认为,人类社会新质生产力主要体现在五大板块:新能源、新材料、数字智能、新生物医药、新高端装备。

  一代材料,一代装备,一代产业。新材料,新的劳动对象,改变了我们的生活,也改变了这个世界。

  2004年,英国两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫做了一个实验:他们把石墨片两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,将其一分为二。

  就是这样,反复操作,薄片越来越薄。最终,他们将石墨片“撕”成了仅有一层碳原子构成的薄片。这就是石墨烯。

  也就是在这一年,吕鹏进入合肥工业大学攻读硕士研究生,第一次接触石墨烯。此时,国内关于石墨烯的研究还是一片全新的领域。

  石墨烯,不只是在石墨后面加上一个“烯”。从石墨到石墨烯,制备过程异常复杂,提炼难度太大。

  这是石墨烯走向产业化的难点所在。像英国两位科学家采用的那种“机械剥离法”,只能仅仅停留在实验室阶段。

  没有前人的引路,没有同行的参考,在合工大的材料实验室,吕鹏踏上了一条“前无古人”的道路。

  查阅上千篇中外文献,跑了上百个厂家,3000多次反复试验……三年时间,吕鹏和他的同学们采用“化学气相沉积法”,探索出一道较为成熟的石墨烯生产工艺。

  “机械剥离法”一般被称为“自上而下法”,以石墨为起点,从石墨中层层剥离,得出微观石墨烯,相当于一个“由多到一”的过程。

  而“化学气相沉积法”截然不同,被称为“自下而上法”,从含碳化合物开始,利用高能量破坏化合物的化学键,让一个个碳原子从中脱离,随后有规则聚集,重新生长为石墨烯,相当于一个“由零到一”的过程。

  2013年,硕士毕业的吕鹏带着这一研究成果,创立了合肥微晶材料科技有限公司,投身石墨烯的产业化应用。

  石墨烯,具备优秀能力的光学、电学、力学特性,给新能源、航空航天、新型显示等多个领域带来革命性的技术进步,被誉为“黑金”“新材料之王”。此后,吕鹏投入大量时间和精力,来验证这一论断的真伪。

  新材料,与“旧材料”截然不同。2008年金融危机以来,全球发达国家陆续提出“再工业化”战略,不约而同地将新材料作为回归实体、抢占新一轮制高点的重要基础。

  2009年,我国将新材料列为国家战略性新兴起的产业。新世纪第二个十年,我国新材料产业迎来长足发展,一批涉足新材料的企业如雨后春笋般迅速成长壮大。

  “新材料具有高技术、高效能、高质量等特征,是加快培育新质生产力的重要引擎。”安徽大学材料科学与工程学院副院长张惠说。

  也就是这样一个时间段,有一家公司历经重组之后,在合肥南部悄然崛起。一位名叫查善顺的年轻人,硕士毕业后,不远千里从北京奔赴庐江。

  稀土,大地熊的原料;稀土永磁,大地熊的产品。稀土被称“新材料之母”,稀土永磁是现代工业不可或缺的关键基础材料。无论是稀土,还是稀土永磁,都堪比“工业熊猫”。

  把稀土“炼”成稀土永磁,同样需要一段很长的路要走,历经熔炼、破碎、研磨、充磁等十多道工序。

  入职大地熊以后,查善顺和同事们常常泡在“稀土永磁材料国家重点实验室”,围绕提升性能、减少相关成本、改进工艺等关键环节,攻克一个又一个技术难点。

  熟悉的环境,熟悉的配方,让查善顺找到了在学校的感觉。与传统制造业不同,像大地熊这样拥有国家重点实验室的“小巨人”不在少数。

  这些企业里的国家重点实验室,面向社会和行业发展需求开展技术攻关,引领带动行业技术进步,成为国家技术创新体系的重要组成部分。

  凭着对技术研发的重视,大地熊逐渐形成了自己的核心竞争力与主打产品——烧结钕铁硼。

  一般磁性材料使用一段时间,都会存在磁力削弱现象。钕铁硼磁材是目前为止人类已知的具有最强磁力的永久磁铁,可吸起相当于自身重量640倍的物体,被誉为“万磁之王”。

  第三代稀土永磁——钕铁硼磁材,可以在磁、电及机械能之间实现最高效率的传递,被认为是人类所知领域中能量转化的最高境界。

  稀土永磁,引发一场电机革命。据测算,电机电力消耗占全国总耗电的60%,如果全部替换成稀土永磁电机,可节省20%的电量。

  随着“双碳”战略的推进,新能源汽车、消费电子等诸多行业加快速度进行发展,对稀土永磁电机的需求量不断增大,稀土永磁行业进入一个新的风口。

  机遇总是留给有准备的人。产品过硬的大地熊乘势而起,两年时间营收翻了3倍。继成为科创板稀土永磁第一股后,大地熊的产品已经销往亚太、欧美等20多个国家和地区。

  数码巨浪冲击,传统胶卷江河日下。曾经与柯达、富士三分天下的“中国胶卷之王”乐凯,2000年净利润还有2亿多元,五年后只剩下一个零头。

  尝试数码相机、带胶卷相机、立体数码影像等赛道,乐凯都没有成功,因为不掌握核心技术。

  富士的成功引起乐凯的注意。富士把胶片中抗氧化等技术用在护肤品上,起到了意想不到的抗老效果。

  立足优势锻长板。乐凯的视角逐渐聚焦,梳理出40多年来积累的“微粒、涂层、成膜”三大核心技术。

  光学膜是平板显示的关键材料。正是由于一层层功能不一的光学膜,“大头”电视才变得超薄超清。

  光学膜,不仅基材与胶卷类似,研发技术也很契合。路子对了,就会越走越宽。今天的合肥乐凯,因其产品透光率高等优势得到产业链下游的青睐,也填补了国内光学级聚酯薄膜产品的空白。

  不同于乐凯的大起大落、浴火重生,吕鹏还在想办法让企业走上正轨。运用“化学气相沉积法”做出的石墨烯薄膜,成本高、应用窄,不适合大规模生产。

  唯有技术攻关,重走“长征路”。多年努力,他们跨界整合不同的产业化工艺,终于找到一套新的石墨烯制备方法——“超临界流体剥离法”。

  这种方法以石墨为原材料,可以制备出低成本、高品质、环保优的石墨烯粉体,为石墨烯工业化生产提供了一种新思路。

  向下游延伸。吕鹏还利用石墨烯优异的导电、导热特性,研发出石墨烯防腐涂料、发热油墨等产品,产品性能和常规使用的寿命提升明显,但生产所带来的成本所增无几。

  不想再被颠覆的合肥乐凯,主动进军液晶模组;厌倦了被人“山寨”的微晶科技,转向高端石墨烯改性材料;抢抓新能源机遇的大地熊,深耕稀土永磁。

  不同行业,不同形式,但三家企业都选择进军新材料。细分赛道,专业化、精细化、特色化,这本身就是专精特新企业的独特属性。

  当前,我国新材料产业已从“以解决有无问题为主”的规模扩张阶段,进入以满足国家重大战略需求、提升国际竞争力为主的高水平质量的发展阶段。

  “高质量”并非坦途。人才紧缺、专利封锁、原料匮乏、装备落后……创新之路,荆棘丛生。

  这也折射出我国新材料产业的现实困境:起步晚、底子薄,高端材料依赖进口,高级人才供不应求,“无材可用、有材不好用、好材不敢用”的现象仍十分突出。

  “就像做个面包,面粉和师傅都没有,工艺还被人家掌握了。”吕鹏打了个形象的比方。

  吕鹏团队累计投入1亿多元的研发经费,申请了200多项专利,2023年生产出的“石墨烯增强改性电子胶”供货京东方。

  大地熊也上演着同样的故事,基本掌握了涵盖烧结钕铁硼磁体生产全过程的核心技术体系,产品应用一路迭代升级。

  截至目前,合肥集聚新材料领域国家级企业技术中心8家、国家级专精特新“小巨人”企业24家。

  梳理“小巨人”的发展轨迹,它们的成长都具有一些共性:掌握硬核研发实力,坚定深耕细致划分领域,向下扎根、向上开花,最终在细分赛道中脱颖而出。

  这些“小巨人”将发挥“四两拨千斤”的撬动作用,推动新质生产力在产业链上下游流动与扩散,给整条产业链带来革命性的变化,推动制造业加速向价值链中高端迈进。

  市工信局有关负责这个的人说,合肥不是一味求产业规模,而是充分的发挥科创优势,支持新材料企业聚焦关键领域攻关突破,用最优的技术提供最好的产品。

  不止在合肥,类似的例子还有很多。一副由碳纤维制造的自行车车架,重量相当于3个苹果,造就了超轻自行车;0.03毫米厚度的玻璃折而不断,催生了折叠屏手机……今天,新材料带来的新变化随处可见。

  材料的发展是生产力进步的主要标志。理论和实践都证明,发展高端新材料等新的劳动对象,正是加快培育新质生产力、抢占未来制高点的关键之举。

  创新丛林,既需要“大象起舞”,也需要“蚂蚁雄兵”。只有那些拥有“独门绝技”的企业,才有机会走得更远。

  手持自主创新,筑牢技术“护城河”,这是新材料产业立于不败之地的一大利器。加大研发投入,深化产学研合作,这是一道通行路径。

  已经成为大地熊技术中心主任助理、高级工程师的查善顺认为,应在企业和高校之间搭建更多桥梁,让企业更好开展产学研用,让高校研究成果更好地在企业落地。

  发展到今天,自主创新已是一个系统工程,光靠企业自身难以有效处理问题。作为自主创新的两大主体,企业与高校的发展思路都应作出转变。

  张惠建议,一方面,带领企业在研发上加大投入,让研发人才拥有更多的时间和空间;另一方面,深化产教融合,引导高校课程设置更加科学合理,不断培养在校学生的产业思维。

  回望过去,从古代的石器、青铜、铁器,到今天的复合材料、超导材料、纳米材料等,每一次材料的革新都推动着人类社会文明的进步。

  展望未来,在全球材料科技的竞技舞台上,我们正在追赶、超越,一路向前。(许超众 孟祥齐)返回搜狐,查看更加多