2020年中國國際紡織紗線（秋冬）展覽會上，杭州高烯科技有限公司展廳中的單層石墨烯多功能複合纖維令人印象深刻。從合成和證實存在到如今只有短短十幾年的時間，但石墨烯憑藉優異的力學、電學、熱學、光學等性能及其潛在的應用價值和應用前景，已成為科研院所、企業等多年來研究與應用開發的熱點。而高烯科技無疑是石墨烯研發之路上的領跑者，其團隊十年磨一線，潛心鑽研，突破了層層技術障礙，特別是解決了多項關鍵技術難題，建成單層氧化石墨烯自動化生產線，成功研製出了單層石墨烯多功能複合纖維並實現了量產。
那麼，石墨烯是什麼？高烯科技的單層石墨烯多功能複合纖維是一種怎樣的纖維？有何性能優勢？其應用領域目前有哪些？從石墨烯到單層氧化石墨烯再到單層石墨烯多功能複合纖維量產，高烯科技研發團隊解決了哪些技術難題？當前該纖維的產業化推進情況如何？高烯科技下一步還有怎樣的發展規劃？圍繞這些問題，在本次秋冬紗線展期間，中國化學纖維工業協會組織多家行業、綜合媒體等對杭州高烯科技有限公司總經理汪洋及研發中心副經理韓燚進行了專訪。
立足核心原料 拓展石墨烯「1+N型」產業鏈
石墨烯是一種碳原子以sp?雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格排列的二維碳納米材料，具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和光電子器件等方面具有重要的應用前景，被譽為革命性的新材料。基於此，許多國家建立了石墨烯相關技術研發中心，嘗試使石墨烯商業化，進而在工業、技術和電子相關領域獲得潛在的應用專利，並使其在未來可以從實驗室進入生產線和市場。石墨烯也是我國重點支持的戰略前沿和新興材料產業，然而長期以來，高品質單層石墨烯粉體類原料無法量產，這使得石墨烯的諸多優異性能無法充分發揮，產業化之路困難重重。
2008年，浙江大學高超課題組選擇高分子基納米化學與材料作為研究方向，聚焦於石墨烯的基礎研究與應用開發。在研究中，高超課題組不斷提升石墨烯宏觀組裝材料的電、熱、力、光電、電磁屏蔽等性能。他們發現的石墨烯液晶現象，還打開了新的研究方向，憑藉這一現象，他們找到了低成本製備單層石墨烯的捷徑，突破了石墨烯工業化難題。
2010年，高超課題組首次發表了把石墨烯與尼龍6進行原位聚合的文章，從此開啟了石墨烯複合纖維的探索與實踐之路。2016年，高超創立了杭州高烯科技有限公司，通過浙江大學專利轉讓及公司自研發的方式，致力於研發生產單層石墨烯及其宏觀材料。
完美結構的石墨烯不溶解、不浸潤、不熔化，難以加工，在許多領域的應用受到限制。因此氧化石墨烯越來越受到重視。「單層氧化石墨烯是一種具有含氧官能團的單原子層二維大分子，一般經石墨氧化製得，通過化學和熱還原，可以很方便地轉變成石墨烯。儘管結構上存在缺陷，性能有所衰減，但氧化石墨烯可在水及極性有機溶劑中溶解或分散、可通過溼法加工成各種宏觀材料、容易進行改性修飾摻雜、可以規模化生產、應用範圍十分廣泛。如氧化石墨烯直接與纖維、極性塑料、塗料、橡膠、陶瓷、金屬等進行混合製備複合材料，可提高其強度、模量、抗紫外、抗腐蝕、耐磨損、遠紅外發射等性能；用於石墨烯改性纖維、膜，可獲得兼具高導熱、高導電與超柔性的電子產品；用於氣凝膠，可獲得超輕、高孔隙率、彈性產品等。」高烯科技研發中心副經理韓燚道出了單層氧化石墨烯的突出優點，這也正是高烯科技將研發生產的重點放在單層氧化石墨烯上的緣由。
通過多年來不斷的技術攻關與工藝優化，高烯科技突破了單層氧化石墨烯高質量宏量製備、單層氧化石墨烯粉體穩定製備、單層石墨烯粉體展開原位聚合技術、均勻分散、石墨烯複合纖維高速紡絲等數十道關鍵技術。2019年，高烯科技單層氧化石墨烯生產線試車成功，目前可實現年產10噸級生產規模。同時，在單層率高達99%的石墨烯原料穩定量產基礎上，高烯科技突破了石墨烯多功能複合纖維的核心量產技術，開發出石墨烯錦綸、滌綸、氨綸、腈綸、粘膠纖維、莫代爾等多系列功能複合纖維。
如今高烯科技已申請石墨烯領域專利三百多項，其中發明型專利佔比80%以上；並以單層氧化石墨烯原料為核心，成功開發出石墨烯「1+N型」產業鏈技術及產品，如石墨烯多功能複合纖維、石墨烯電熱膜、石墨烯導熱膜等。此外，2020年，高烯科技全面啟動石墨烯終端產品品牌——烯鳳凰，單層石墨烯多功能襪、鞋，石墨烯遠紅外光灸毯均為烯鳳凰品牌產品，本次秋冬紗線展上，這些產品均亮相高烯科技展廳，引來觀眾廣泛關注。
對此，韓燚特別感慨，「石墨烯做出來是重要一步，但怎麼把它用出去更為重要，正是得益於國家對科創型企業的支持，得益於我國擁有相對完整的製造業產業鏈，我們在國內特別是長三角地區找到了大量敢於用我們石墨烯的企業，讓我們的單層石墨烯能夠盡其所用，用到了最能發揮其功能的纖維及其製品中。」
在拓展產業鏈層面，高烯科技還做了一件大事，即攜手北京石墨烯研究院有限公司、廈門大學石墨烯工程與產業研究院、深圳石墨烯創新中心有限公司等數十家產業鏈機構成立了石墨烯多功能複合纖維共同體研究院（簡稱GCI），研究院將在「石墨烯多功能複合纖維」產業體系建設，整合產業鏈的優勢人才、技術及資源，集成「政產學研資用」等創新要素和資源要素等方面做出更大貢獻，最終形成石墨烯原料--纖維--紗線--面料--終端產品的良性循環，引領共同體內成員的創新、創業和可持續發展。
聚焦纖維功能 打造健康生活新方案
纖維及其製品和人們的日常生活緊密相連。隨著生活水平的不斷提高，人們對「衣」的要求不斷朝著舒適、美觀、保健防護以及智能等更高要求和更高品質發展；人們對於居住環境的清潔、安全和環保要求亦與日俱增；特別是新冠病毒疫情過後，人們對健康與安全的需求更為迫切，加之新材料強國戰略、全民健康戰略、新興消費群體興起等大背景，功能性纖維及其製品將以除蟎、防黴、抗病毒、阻燃、拒水拒油、防紫外線等一種或多種功能複合更好地滿足人們對健康生活的需要。由此具有抑菌、防蟎、抗靜電、遠紅外、負離子、阻燃、生物安全等多種功能的石墨烯改性複合纖維的市場規模將迎來新的突破。
高烯科技開發的單層石墨烯多功能複合纖維可謂恰逢其時，其由石墨烯與錦綸等聚合物基體進行原位聚合後紡絲製得，即把石墨烯作為一種功能性添加劑，添加到傳統化學纖維中，基於石墨烯的優異性能，將傳統纖維材料製成更符合消費者需求的功能性纖維。韓燚談到，「實際上，原位聚合的工藝從實驗室走向生產、走向市場，是一條荊棘之路，我們不斷改進工藝才有了今天成熟的產品。從原料角度出發，我們擁有全球首條氧化石墨烯生產線，能夠生產單層率達99%的石墨烯漿料，僅需千分之一的添加量就能實現諸多功能，且不會對纖維的觸感、強度、韌性等性質造成不利影響。從技術層面來講，原位聚合不同於普通的混合、摻雜，在使用過程中，石墨烯不會從纖維中脫離流失，保證了產品功能的持久性和本身的安全性。」
單層石墨烯多功能複合纖維具有的遠紅外發射、紫外防護、抗菌抑菌、抑制蟎蟲、抗病毒以及負離子發射等多項功能與人們的健康息息相關，且這些功能均多次通過國家紡織服裝產品質量監督檢驗中心（浙江）、國家紅外及工業電熱產品質量監督檢驗中心等第三方權威檢測機構檢測，具有相關檢測報告。同時不含金屬離子，安全環保健康，屬於自帶康護性的新型纖維。
例如，穿用該纖維製成的紡織品服裝，石墨烯發射的遠紅外能量可以被人體充分吸收，達到自暖效果，並且可緩解疲勞、增強細胞活力、促進血液循環和微循環；紫外光防護係數UPF實測值和UVA的透過率均符合國家標準；石墨烯多功能複合纖維既能顯著消除因細菌產生的各種異味，防臭效果顯著；又可以在一定程度上抑制細菌繁殖，降低再次傳播的風險；同時，其通過了OEKO-TEXStandard 100環保認證，而且是依據裡面要求最嚴苛的Class 1 附錄6測試方法，因此可用於嬰兒用品，安全環保健康，此外高烯科技還進行了皮膚致敏性和動物刺激試驗，結果試驗樣品沒有一例產生過敏或刺激反應。
對石墨烯多功能複合纖維的性能優勢及應用領域，高烯科技總經理汪洋如數家珍，「我們的石墨烯多功能複合纖維，既能向內增強細胞活力、提升免疫力、延緩衰老，又能向外抑制病毒細菌蟎蟲生長、屏蔽紫外線，多管齊下，協同呵護，全方位守護健康，是居家、運動、商務、休閒的理想紡織面料。這樣的功能纖維紡織品，還可廣泛用於公共活動區域如醫院、賓館、休閒娛樂場所、學校、高鐵、飛機、汽車等，可實現自動高效滅病毒、抗菌抑菌，大大減少交叉感染風險，開啟康護紡織新時代。」
從單層氧化石墨烯到石墨烯多功能複合纖維，到石墨烯電熱膜、石墨烯導熱膜，再到烯鳳凰品牌系列產品，從各類貼身衣物如內衣、塑身衣、瑜伽服等到多功能襪、鞋及遠紅外光灸毯等，高烯科技向業界形象地展示了如何將產學研用深度融合，如何讓石墨烯走進千家萬戶，如何用科技打造健康生活新方案。
積澱至上實力 獲得IGCC認證
「實際上，原位聚合工藝從實驗室走向生產、走向市場，是一條荊棘之路，我們不斷改進工藝才有了今天成熟的產品。從原料角度出發，我們擁有目前全球首條氧化石墨烯生產線，能夠生產單層率達99%的石墨烯漿料，僅需千分之一的添加量就能實現諸多功能，且不會對纖維的觸感、強度、韌性等性質造成不利影響。從技術層面來講，原位聚合不同於普通的混合、摻雜，在使用過程中，石墨烯不會從纖維中脫離流失，保證了產品功能的持久性和本身、安全性及環境友好性。」韓燚對公司的核心原料--單層氧化石墨烯、相關技術及纖維產品充滿信心。
信心來源於實力。真假石墨烯需要通過第三方認證得以辨別，國際石墨烯產品認證中心（International Graphene Product Certification Center,，簡稱IGCC)是目前國際石墨烯行業唯一的權威獨立第三方認證機構。認證過程中，IGCC專業技術人員直接在生產現場隨機取樣、嚴格封存、匿名送檢，按照國際標準中公認的石墨烯術語內涵給出認證結果。樣品通過檢測後，還要委派專家不定時到生產現場檢查質量保證體系品控流程，確保批量生產的產品品質與送檢樣品質量的一致性，才能最終通過認證。
高烯科技總經理汪洋特別提到，高烯科技擁有單層氧化石墨烯從源頭到終端產品的核心技術及裝備的自主智慧財產權，且是目前全球首個獲得IGCC單層氧化石墨烯產品認證的企業，被數十個國家和地區的科研機構作為試劑級產品用於大量嚴謹的科學研究。高烯科技以自產單層氧化石墨烯為核心原料，通過原位聚合及熔融紡絲製得的石墨烯多功能複合纖維，也是目前全球首個通過IGCC認證的單層氧化石墨烯改性功能纖維。可見目前中國在石墨烯原創產業技術方面正處於領跑者地位。由於單層氧化石墨烯全自動生產線的數十道關鍵工序均可量化，使其品質非常穩定，有了高品質石墨烯原料的穩定供應，石墨烯科學研究及下遊應用產品開發便有了保障，可進一步助力石墨烯產業步入健康有序的高質量發展軌道。
十年磨一線，高烯科技付出了艱辛，亦收穫了碩果。未來，高烯科技將目光投向了更廣闊的時空。汪洋表示，目前公司正在規劃建設百噸級生產線，力求通過產能擴大降低生產成本，並計劃通過8-10年的時間，讓高烯石墨烯多功能複合纖維成為纖維領域的標配，讓自帶康護功能的終端紡織品走入尋常百姓家。未來高烯科技將結合「1+N」的戰略規劃：以單層氧化石墨烯原料為核心，以產業鏈合作為紐帶，逐漸實現纖維、發熱導熱膜、烯鳳凰品牌系列等應用產品的規模製備。不忘初心，一步一個腳印，擁抱石墨烯的星辰大海！