“新材料之王”從這里走向我們的生活。
一片薄膜、一根纖維、一點粉末的背后，撬動的是一個千億級的產(chǎn)業(yè)。
可上九天，可入地層，能耐酷熱，能抵嚴(yán)寒——在杭州，新材料正以千姿百態(tài)，突破性能邊界、實現(xiàn)多樣功能。
而這一片薄膜、一根纖維、一點粉末的背后，撬動的是一個千億級的產(chǎn)業(yè)。新材料作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是浙江省重點打造的三大科創(chuàng)高地之一，也是杭州制造業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。
“十四五”期間，杭州圍繞功能膜材料、高性能金屬材料、先進半導(dǎo)體材料、微納材料、生物材料等重點方向，產(chǎn)業(yè)發(fā)展持續(xù)攀高向新、點“材”成金，推動核心技術(shù)從“填補空白”向“國際領(lǐng)先”跨越，加快建設(shè)具有核心競爭力的新材料特色產(chǎn)業(yè)集群。
企業(yè)
把“新材料之王”紡進線送上天
衛(wèi)星散熱膜、會發(fā)熱的襪子、海上吸油“神器”……讓你想不到的是，這些東西都是用石墨烯做的。
石墨烯，新材料之王。這是一種由碳原子組成的六角形二維納米材料。它輕如空氣，又堅比鋼鐵，擁有極佳的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、吸光性，在電子、能源、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。
成立于2016年的杭州高烯科技有限公司，在數(shù)年間從浙江大學(xué)實驗室走向產(chǎn)業(yè)化一線，破解石墨烯量產(chǎn)這一世界性難題，成為石墨烯領(lǐng)域極少數(shù)實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的專精特新“小巨人”企業(yè)。
回看“十四五”，公司執(zhí)行總裁何朝云感慨：“五年間，公司的四大產(chǎn)品都實現(xiàn)了從實驗室樣品到工業(yè)化量產(chǎn)，成果轉(zhuǎn)化有了質(zhì)的飛躍?！?/p>
飛躍的起點，是攻克單層氧化石墨烯量產(chǎn)難題。
“其實，石墨烯離我們的生活并不遙遠。鉛筆的筆芯就是石墨，是由一層層碳原子堆疊而成。1毫米厚的石墨，相當(dāng)于300萬層碳原子?！备呦┛萍妓龅?，就是把這些層層疊疊的碳原子“撕”開，變成一片片石墨烯。
實現(xiàn)99%以上的單層率，并完成10噸級的量產(chǎn)，是全世界材料學(xué)界多年未解的難題。從小樣到中試，工藝放大帶來的困難，讓這群科學(xué)家創(chuàng)業(yè)者不斷面臨新挑戰(zhàn)，承受著巨大壓力。
轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在團隊受蜂窩啟發(fā)開創(chuàng)的“蜂窩插層氧化法”。這個方法是將原子氧如蜜蜂一般“鉆”入每一個石墨片層之間，把一個緊密的結(jié)構(gòu)一點點撐開，讓每一層石墨烯都能均勻氧化。
此后的5年，依托原創(chuàng)技術(shù)，高烯科技構(gòu)建起“122”產(chǎn)品架構(gòu)：以“一片原料”（單層氧化石墨烯）為“根”，向下扎進技術(shù)深土；向上長出“兩根纖維”（石墨烯基碳纖維、改性功能纖維），伸展出“兩張膜”（高柔性高導(dǎo)熱膜、電熱膜）。
在由高烯科技全力打造的杭州國際石墨烯展覽館，我們見到了世界上第一幅氧化石墨烯液晶畫《烯海潮涌》：五種不同顏色的石墨烯，在燈光下舞蹈，如同翻滾的海潮。
美，只是這幅畫的一方面。當(dāng)年，高烯團隊從中捕捉到氧化石墨烯片的有序性，由此拉出了石墨烯的第一根絲，最終制備出國際首創(chuàng)的石墨烯碳纖維。
穿上石墨烯制作的衣服，有什么不同？高烯科技攻克了石墨烯均勻分散及纖維細(xì)旦化等系列技術(shù)難題，制備出多規(guī)格纖維品類。纖維手感柔軟細(xì)膩，適合制造各類貼身衣物，如內(nèi)衣、塑身衣、瑜伽服等。
如果說，“衣服和襪子”代表了企業(yè)強大的普惠性和商業(yè)化能力；那么“上天入地”代表的是其對高端產(chǎn)業(yè)的顛覆性重塑。
隨著一次成功的發(fā)射，我國首個民營全自主可控的超高速星地雙向激光通信終端順利入軌，而通信衛(wèi)星相關(guān)相機散熱模組，則是由高烯科技自主研發(fā)生產(chǎn)的，能實現(xiàn)柔性、輕質(zhì)、耐老化、耐冷熱沖擊的高效導(dǎo)熱的高通量酷冷模組。
據(jù)何朝云介紹，這是目前導(dǎo)熱率最高的宏觀材料，同時具有超柔性，能反復(fù)折疊6000次，承受彎曲10萬次。這一進展解決了宏觀材料高導(dǎo)熱和高柔性不能兼顧的世界性難題，除了航空航天，還有望廣泛應(yīng)用于高效熱管理、新一代柔性電子器件等領(lǐng)域。
展館內(nèi)還有一塊灰黑色、神似小蛋糕的物體，放在綠蘿葉或麥芽上，幾片葉子就能輕松支撐起這塊直徑20厘米的材料。“這是石墨烯氣凝膠，是目前世界上最輕的固體材料，表觀密度僅為空氣的六分之一，具有出色的吸油不吸水、絕熱耐高溫、多孔導(dǎo)電等特性，在環(huán)境治理、高溫隔熱、電池電極等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。”
眼下，企業(yè)既提供原材料給上下游，也自己做部分產(chǎn)品。然而，對于新材料產(chǎn)業(yè)來說，應(yīng)用推廣是個漫長而磨人的過程。
“新材料創(chuàng)業(yè)領(lǐng)域周期很長，一般要15到20年。很難，但是很酷、很值得?！睂τ凇笆逦濉?，何朝云充滿期待：“未來5年，我們的碳纖維會在民用和軍用領(lǐng)域有實質(zhì)性改變，有望超過國際同行；復(fù)合纖維有機會大規(guī)模走向市場，企業(yè)還將加大石墨烯在芯片、新能源電池、腦機接口電極等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的研發(fā)投產(chǎn)，成為杭州新材料產(chǎn)業(yè)的生動樣本?！?/p>
產(chǎn)業(yè)
杭州何以持續(xù)領(lǐng)跑新材料賽道？
新材料的重要性，在杭州一項項前沿突破中不斷彰顯。從衛(wèi)星發(fā)射、人形機器人格斗，到3納米芯片、“發(fā)電玻璃”……這些創(chuàng)新成果的背后都離不開新材料的支撐。
新材料是杭州制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，對于保障產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全，支撐下游新一代信息技術(shù)、新能源、生物技術(shù)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有不可替代的作用。
“十四五”期間，杭州新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴容。在2020年939億元的產(chǎn)業(yè)基數(shù)上，產(chǎn)業(yè)發(fā)展一路攀高向新，2024年總產(chǎn)值已達1852億元，遠超1500億元的“十四五”規(guī)劃目標(biāo)，提前一年完成跨越式增長。
圍繞新材料產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈發(fā)展，杭州以功能膜材料、高性能金屬材料、先進半導(dǎo)體材料、生物材料以及微納材料為5個主攻方向，并在關(guān)鍵材料領(lǐng)域形成顯著技術(shù)優(yōu)勢，推動核心技術(shù)從“填補空白”向“國際領(lǐng)先”跨越。
在技術(shù)突破的“高光時刻”中，越來越多的“杭州制造”刷新世界紀(jì)錄：全球最大直徑60毫米的氮化鋁單晶及晶圓成功研制，申請專利超27項，打破歐美技術(shù)壁壘；單層氧化石墨烯改性尼龍6功能纖維成為全球首個通過IGCC認(rèn)證的石墨烯產(chǎn)品；高溫釤鈷材料使用溫度突破500℃，終結(jié)了美國企業(yè)的技術(shù)壟斷……
在浙江大學(xué)求是特聘教授、杭州市新材料發(fā)展聯(lián)合會會長高超看來，新材料產(chǎn)業(yè)崛起的核心因素，在于杭州構(gòu)建的“政策+生態(tài)+人才”驅(qū)動力矩陣。
政策方面，杭州出臺《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》，五大主攻方向，通過“補鏈強鏈”“數(shù)字融合”“綠色安全”三大原則引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。同時，杭州著力破解“產(chǎn)用脫節(jié)”難題，開放應(yīng)用場景，推動新材料在新能源汽車、智能裝備、重大基建等領(lǐng)域的示范應(yīng)用，形成“研發(fā)-生產(chǎn)-應(yīng)用-迭代”的良性循環(huán)。
平臺方面，杭州的新材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資源不斷增強。省級實驗室天目山實驗室的研發(fā)范圍已覆蓋新材料領(lǐng)域；高校對新材料產(chǎn)業(yè)的支撐作用逐漸凸顯，浙江大學(xué)的硅材料國家重點實驗室，已成為國家在硅材料及半導(dǎo)體材料科研創(chuàng)新及人才培養(yǎng)的重要基地。
隨著杭州產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，一些特色細(xì)分領(lǐng)域的集聚效應(yīng)顯現(xiàn)，已形成規(guī)?；⒓刍?、系統(tǒng)化發(fā)展態(tài)勢。在光伏太陽能電池領(lǐng)域，杭州已匯聚福斯特、祥邦、福膜等在內(nèi)的上下游企業(yè)；在光電通信領(lǐng)域，杭州形成全面覆蓋光纖、電纜等元器件的完整產(chǎn)業(yè)鏈；蕭山化纖生產(chǎn)基地的產(chǎn)能已占到全球的五分之一；建德的有機硅材料已形成從硅礦冶煉、硅粉生產(chǎn)、單體合成到下游產(chǎn)品加工的完整產(chǎn)業(yè)鏈。
展望“十五五”，杭州何以持續(xù)領(lǐng)跑新材料賽道？
“新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍存在創(chuàng)新轉(zhuǎn)化之困，新材料進入市場初期需要長期的應(yīng)用考核與大量資金投入，下游用戶首次使用存在風(fēng)險，導(dǎo)致‘有材不好用，好材不敢用’的現(xiàn)象突出?！备叱ㄗh，“十五五”期間，杭州新材料產(chǎn)業(yè)可從多維度持續(xù)發(fā)力。
他表示，在政策與機制層面，進一步探索建立針對前沿新材料的特別審慎“監(jiān)管沙盒”，為創(chuàng)新提供更寬松的試錯環(huán)境；在平臺與轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，鼓勵實施“中試合伙人”計劃，以吸引社會資本早期介入、共享中試成果收益；在人才方面，實施“新材料頂尖科學(xué)家工坊”計劃，定制實驗室與團隊，還可鼓勵在杭高校開設(shè)“微專業(yè)”，促進材料科學(xué)與人工智能、生命科學(xué)等前沿學(xué)科交叉融合，培養(yǎng)復(fù)合型人才。
