戴加龍:合成雲母大王要「做最好的石墨烯」

2020-12-06 經濟網

「石墨烯」,這一以往鮮為人知的概念近年來在國內遭遇熱炒,「石墨烯新聞」不絕於耳,雨後春筍般湧現出來的相關企業仿佛在一夜之間「趕英超美」,「走在了世界前列」。

《中國經濟周刊》 記者 王克 | 江蘇報導

(本文刊發於《中國經濟周刊》2016年第24期)

「石墨烯」,這一以往鮮為人知的概念近年來在國內遭遇熱炒,「石墨烯新聞」不絕於耳,雨後春筍般湧現出來的相關企業仿佛在一夜之間「趕英超美」,「走在了世界前列」。

然而,在一片喧囂之中,江蘇江陰市卻悄無聲息地豎起了一座10萬平方米的大型「石墨烯立體工廠」。《中國經濟周刊》記者近日前往當地調研時,這座大型工廠的主人——中國碳谷科技集團有限公司首席專家戴加龍正在為工廠投入應用前的設備進行安裝和調試。

「8年了,我們潛心實幹,絕不參與概念的炒作,因為石墨烯雖然是顛覆傳統的新材料,但製備乃至量產、應用絕非易事——投入巨資建設大型立體式工廠並與國家納米中心共建工程應用中心,正說明了這是一項偉大而艱巨的科學任務。」戴加龍這樣告訴《中國經濟周刊》。

主導合成雲母市場的「材料專家」

初見《中國經濟周刊》記者,戴加龍便侃侃而談他對「二維材料」的現狀分析和前景預期,其知識之淵博、思維之嚴謹,讓人不得不去認真思考這位企業家是如何依靠超人的悟性和毅力稱雄世界合成雲母市場,又是憑藉怎樣的底氣高起點切入石墨烯領域的。

公司經理張林興告訴《中國經濟周刊》,在屬下和家人的眼裡,戴加龍對「二維材料」的專注可以用「痴迷」甚至「痴狂」來概括,十多年來,這種「痴」勁未見絲毫衰減,即使在常人看來他早已經大功告成。

據張林興介紹,雲母在工業產品中應用廣泛,其下遊產業包括珠光顏料、絕緣材料、保溫材料及耐火材料,因此被譽為「工業味精」。2002年,因敏銳預見到市場前景並牢牢掌握了相關技術,戴加龍回到家鄉江陰市,著手籌建他的第一座雲母工廠。而創業伊始,戴加龍就為自己的企業定下了一個常人不敢想像的「起跳」高度——跟國際巨頭合作、做全球市場買賣。首選目標便是世界行業龍頭——德國默克。

成立於1889年的德國默克公司,化工產品廣泛應用於特效汽車噴漆、化妝品以及大部分日常生活用品,只有幾間廠房、十多名工人的江陰小廠幾乎無望入其「法眼」。戴加龍卻堅信自己的產品可以為默克「錦上添花」,憑著這樣的自信,他找到這家世界500強企業的駐華辦事處,爭取到了寶貴的合作機會。

然而,2009年春節後上班第一天,一場意外幾乎毀掉了企業的前程——由於外購原料氟含量超標導致部分產品存在缺陷,默克公司中止了產品採購協議。面對百萬訂單流失、優質客戶疏遠,戴加龍痛下決心自己生產合成雲母,並鄭重承諾:100天攻破「控氟」這一世界性難題。當時幾乎沒有人相信他能成功,「世間萬物相生相剋,我就不信找不到應對氟含量的方法」,在歷經無數次失敗後,合成雲母片氟含量30ppm的歐洲標準被改寫為戴加龍的≤25ppm。

戴加龍在與《中國經濟周刊》記者的交流中無數次提及他的「相生相剋」思維。但記者明顯感覺到,在「膽」「識」之間,戴加龍內心更感驕傲的似乎還是「識」——全球業界迄今為止尚無人能夠「破解」他的氟含量精準控制技術。記者遍查戴加龍在合成雲母領域的47項實用新型專利、2項國內發明專利以及1項申請中的國際發明專利,都未曾看到「低氟雲母片」項目,「這是我的行業話語權,必須牢牢握在手中。」戴加龍對此作出了這樣的解釋。

此後,公司以獨有技術、專用設備帶來產品的特殊製程、超高良率,成為世界最大的合成雲母生產基地,合成雲母產品佔據了全球80%以上的市場份額,客戶幾乎涵蓋了所有國際塗料巨頭。「嘉龍」牌商標成功在美國和德國註冊後成為雲母行業高端市場的品牌標杆,「完成在世界主要雲母消費國的商標註冊工作」已被列入企業的戰略目標。

要讓石墨烯與合成雲母並駕齊驅

「我的人生和事業就是一部自編、自導、自演的戲劇。」戴加龍在與《中國經濟周刊》記者的幾次會面中屢屢重複這樣的話語。張林興則告訴記者,戴加龍平時說得更多、更顯自豪的是:「我不搞製造,我搞的是創造。」「不是市場選擇我,是我來選擇市場。」「我不是標準,但我創造標準。」高起點、規模化切入石墨烯行業就是戴加龍精彩人生的嶄新篇章。

資料表明,石墨烯是由單層碳原子構成的六角形蜂巢晶格的平面二維材料,理論厚度僅為0.34納米,具有優良的導熱性能、力學性能、較高的電子遷移率、較大的比表面積等性質,是迄今為止世界上已知強度最高、導電性最好、散熱性最好的材料和優良的改性劑,在新材料、新能源領域有著廣闊的應用前景,被學界稱為「21世紀新材料之王」,因此,世界各國都在不遺餘力推動石墨烯產業化發展,國家發展改革委、財政部、工業和信息化部也聯合發布《關鍵材料升級換代工程實施方案》及《關於加快石墨烯產業創新發展的若干意見》,要在2018年基本建立石墨烯材料製備、應用開發、終端應用等關鍵環節良性互動的產業體系並在2020年完善這一體系。

因為與合成雲母同屬二維材料,石墨烯自然引起了戴加龍的濃厚興趣,儘管當年石墨烯的研發仍處於起步階段,鮮有成功案例。戴加龍告訴《中國經濟周刊》:「憑藉多年來在二維材料方面積累的經驗,我認為石墨烯就是『納米材料+二維材料+石墨本身的性能』。石墨烯和雲母都是層狀礦物材料,其結構類似於合成雲母,我既然能人工合成雲母,為何不能製備石墨烯?問題是如何從高端切入,形成同行難以超越的技術壁壘。」

戴加龍認為,開發石墨烯項目面臨兩大問題。第一個問題是石墨烯的製備工藝。8年來,戴加龍為此傾注了大量心血,他先後試製了40多套工裝設備,嘗試了業界普遍採用的多種石墨烯製備方法,但始終未能取得令人滿意的結果。戴加龍發現,這些通行方法問題很多,如:超臨界法製備的石墨烯得率很低,而且生產過程存在安全隱患;氧化還原法因無法徹底還原,產品結構存在「不可逆」的缺陷,很難形成二維平面,並且剝離過程中使用的化學藥劑會對環境造成汙染,使石墨烯關鍵性能大幅下降;而CVD法是將甲烷等含碳化合物沉積而成的一層碳薄膜,沒有橫向拉力,沒有結構密度,只有縱向切割力,成本太高,只能用於某些特殊領域。於是,戴加龍將雲母片生產中產生的靈感「嫁接」進去,但上千次試驗後產品仍然存在著固含小、產率低、能耗大且穩定性差的技術缺陷。

就在幾乎走投無路之際,一個偶然的機會促發戴加龍創造了一套名為「微機械剝離工藝」的工業技術,這一世界領先的剝離技術解決了長期困擾石墨烯產業的「定性不能定量」難題,產率高、工藝線路短、能耗小、成本低,而且產品品質優良、質量穩定。目前公司石墨烯中試線已經搭建完成,產品開始進入動力電池、防腐塗料、高強度複合纖維材料、防輻射複合纖維材料等多方面應用。多家權威機構的檢測結果表明,公司石墨烯在許多方面已經在業內領先。2015年12月23日,在解思深院士、伍小平院士、範守善院士、謝毅院士的見證下,劉鳴華研究員代表國家納米科學中心與戴加龍籤約共建「石墨烯研發與應用聯合工程實驗室」,更標誌著其研究成果獲得了國內業界最高層面的認可。

開發石墨烯的第二個問題是下遊的商業應用。戴加龍告訴《中國經濟周刊》,自石墨烯被發現以來,業界一直努力開發這種材料的商業用途,比如石墨烯儲能材料、石墨烯防腐塗料、石墨烯高分子複合材料、石墨烯抗UV防輻射材料……在未來5到10年極有可能在相關領域引發重大突破,帶動價值數萬億美元的新興產業鏈。

戴加龍還告訴《中國經濟周刊》,公司合成雲母市場無限,產能正在成倍擴張;借鑑合成雲母成功的市場模式,公司石墨烯的商業路線仍將是「與世界級著名應用企業緊密合作」,為此,公司正在有計劃地進行商業布局並且已經得到業界的積極響應。同時,中國碳谷科技集團有限公司作為允升國際(HK1315)的全資子公司,石墨烯的研發和下遊應用開發能夠持續獲得資本市場的支持,公司不斷獲得的研發成果受到了廣大投資者的追捧,股價連續上揚,公司也交出了令投資者滿意的答卷,如與海洋化工研究院合作在塗料中加入公司製備的高品質石墨烯後,塗料的吸附性、耐久性得到了5倍以上的提升;與中聚電池研究院合作,在電池的正極材料磷酸鐵鉀中加入一定比例的石墨烯後,電導率可以上升3個數量級以上;與中國著名科研院所聯手,把公司石墨烯加入用於河道汙水處理的光催化材料上,能使汙水處理能力一下提高150倍;與江蘇鏘尼瑪新材料有限公司合作在超高分子量聚乙烯纖維中加入了公司的石墨烯,可以使產品耐切割性能提高5倍………

「創新的要義在於以自身的革命性再造拉動整個產業鏈的顛覆性變革,在這方面,我們一定會做得最好。」戴加龍說。

————————————————————————————————————————

2016年第24期《中國經濟周刊》封面

相關焦點

  • 金剛石合成石墨烯技術成功:比現有技術省時省錢
    你很有可能聽過石墨烯這種材料的種種過人之處,比方說出色的強度、優異的電氣性能、熱傳導性和電子遷移率。這些不同的特點都讓石墨烯在觸控螢幕、半導體、太陽能電池、超級電容器等領域產生了巨大的影響。但是,只有在原材料純淨的情況下,才能生產出高性能的石墨烯。
  • 『石墨烯 合成』新方法能夠在金屬氧化物表面上合成納米石墨烯
    德國、美國及波蘭、盧森堡的研究人員發現了一種在金屬氧化物表面形成納米石墨烯的方法。基於碳的納米結構是用於納米電子學的有前途的材料。然而,它們通常需要在非金屬表面上形成,迄今為止,這一直是材料學的一個挑戰。
  • 納孔石墨烯的合成及其在分離分析中的應用
    現有的納孔石墨烯的製備方法包括「自上而下」的物理或化學方法以及「自下而上」化學合成法。其中,「自下而上」的方法主要利用化學合成手段將有機小分子組裝成二維納孔石墨烯片,但是該方法具有高耗能和低產率等缺點。而「自上而下」物理合成方法主要利用高能粒子、射線等對石墨烯進行適當的輻照,進而在其表面製備出一定數量、密度和孔徑的納米孔。
  • 雲母石磨粉機,雲母石磨粉機
    雲母石磨粉機工作時,主機電動機通過減速器帶動主軸及轉盤旋轉,轉盤邊緣的輥銷帶動幾十個磨輥在磨環滾道內滾動。大塊白雲母破碎後,均勻地送到轉盤的上部的散料盤上。白雲母在離心力的作用下散向圓周邊,並落入磨環的滾道內被環輥衝擊、滾輾、研磨,經過三層環道的加工變成粉體,高壓風機通過抽吸作用將外部空氣吸入機內,並將粉碎後的物料帶入選粉機內。
  • :變天然雲母粉為高性能仿生...
    【引言】超薄納米片具有優異的機械性能、光學以及電學性能,目前諸如石墨烯、過渡金屬二硫化物、層狀金屬氧化物、蒙脫土以及黑磷等二維材料都可以通過剝離法製備,尤其是石墨烯和蒙脫土已經實現了大規模剝離法製備。利用噴塗技術將雲母納米片與殼聚糖混合溶液組裝獲得的仿生雲母複合膜經過組分和結構優化後,當雲母含量達到60%時顯示出優異的機械強度(拉伸應力~260 MPa,楊氏模量16.2GPa)、良好的可見光透過率(38-65%),以及獨特的紫外屏蔽性(62-100%)。經受144小時紫外照射後,拉伸性能幾乎不變,證明其具有優異的抗紫外老化性能。該聚合物雲母膜的整體性能優於天然片狀雲母以及其他粘土仿生薄膜。
  • 中科院蘭州化物所:納孔石墨烯一步合成新方法
    中國科學院蘭州化學物理研究所手性分離與微納分析課題組聚焦於納孔石墨烯的合成及其在分離分析中的應用研究。近期,研究人員將Hummers法製備氧化石墨烯的過程進行擴展,發展出直接從石墨到納孔石墨烯的一步合成新方法,實現納孔石墨烯簡單、快速、高效、低成本的一步合成。
  • 綜述:石墨烯三維骨架結構—合成、性質及應用
    但是由於石墨烯片層之間強烈的吸引力,導致固態的石墨烯由於聚集而失去了單分散石墨烯具有的高比表面積等優異性能。為解決這一困擾,科研工作者們設想若將每一片石墨烯連接在一起形成三維蜂窩狀骨架結構,則可以使固態的石墨烯展現與單片石墨烯相似的優異性能。
  • Mater:電弧放電合成N摻雜石墨烯
    >合成石墨烯中的氮摻雜效率和調節摻雜劑的鍵合構型。工業規模生產的方法阻礙了石墨烯材料的廣泛應用。之前研究報導了電弧放電可用於石墨烯薄片的批量生產中,但由於其不能控制合成和雜原子摻雜,因此電弧放電並未引起人們的廣泛關注。在這項研究中,提出了一種通過使用陽極碳填料電弧放電提高N摻雜石墨烯合成中摻雜效率的簡便方法。
  • 歐洲研究團隊成功合成二維材料鍺烯 石墨烯家族又添表親
    原標題:歐洲研究團隊成功合成二維材料鍺烯   石墨烯家族又添新「表親」   歐洲研究團隊成功合成二維材料鍺烯   二維材料鍺烯   科技日報訊 艾克斯-馬賽大學等一個歐洲聯合研究團隊成功合成石墨烯的又一「表親」,即二維材料鍺烯(germanene)。
  • 熊爸爸帶你認識石墨烯:石墨烯在採暖行業的應用
    我們來看看海姆對這次實驗的技術描述:「把(膠帶)粘在石墨或雲母上,剝掉最上面的一層。會有石墨薄片脫落在你的膠帶上。粘在上面的膠片上,再把它們分開。然後重複這個過程10到20次。每一次,膠片都會分裂成越來越薄的薄片。最後,你的膠帶上會剩下非常薄的石墨片。最後,你把膠帶溶解掉,一切就都解決了。」
  • 六邊變五邊,科學家模擬合成新型石墨烯
    ■最新發現與創新科技日報訊 (記者陳磊)一般來說,石墨烯是一種六邊形結構的碳材料。日前,北京大學應用物理與技術研究中心王前教授課題組與其他國際合作者模擬了一種稱為五邊形石墨烯的新型碳材料的合成。與由碳六元環所構成的石墨烯不同,這種碳的新同素異形體是以純碳五元環為結構基元構成的二維結構,並具有可與石墨烯媲美的優異性質。該研究成果近日發表在《美國科學院院刊》上。碳材料一直被認為是材料科學研究的前沿。此前已經發現的碳材料和碳納米結構大多是以碳六元環作為主要結構基元而構成,除最小的富勒烯C20分子以外,僅以碳五元環為結構基元而構成的碳材料尚未發現。
  • 基於摻雜氧化鋅固溶體的普適合成策略製備石墨烯基單原子催化劑
    【內容詳情】如圖1所示,石墨烯基單原子催化劑(M-N-Grs)的合成過程包括摻雜ZnO固溶體的合成、摻雜ZIF殼的合成、可控熱解和模板去除。因為該過程為固氣界面反應機制,摻雜原子將會均勻地且無選擇地分散在新形成的ZIF殼層中,優於傳統的溶液合成策略製備摻雜MOFs。如圖2所示,一系列的形貌和結構表徵證明了摻雜ZIF薄殼層在摻雜ZnO固溶體表面成功地構築。接下來,摻雜ZIF殼層經過可控熱解後形成負載摻雜原子的氮摻雜石墨烯薄層。其中,由於Zn具有低的沸點,在熱解過程中會揮發,而摻雜原子會保留。
  • 你一定要知道的——石墨烯纖維!
    近年來成功合成石墨烯纖維的例子及其在某些特殊應用上發揮的重要作用激發了人們的研究興趣,石墨烯是一種由碳原子構成的單層蜂窩狀結構的新材料,是其他維度碳材料的構造基礎。石墨烯具有很多獨特的性質,如高電子遷移率、高導熱係數、良好的彈性和剛度等。
  • 朱授恩在研製石墨烯領域的重大突破(二)
    因此石墨烯是世界上最薄的物質。它是幾乎透明的材料,透光率為97.4%。並且它是導電性,導熱性,拉伸性最好的納米材料。在未來的科技領域中應用非常廣泛。但是這種方法獲得的石墨烯的尺寸要比頭髮絲的寬度還要細,雖然可以用來做一兩個高性能的器件,但是沒有辦法量產,更不要說用於工業領域。
  • 石墨烯之父的2020年!
    納米人編輯部對全球重要科研團隊2020年代表性成果進行了梳理,今天,我們要介紹的是石墨烯之父、諾貝爾物理學獎得主、搞笑諾貝爾獎得主、中國科學院外籍院士、美國國家科學院外籍院士、曼徹斯特大學Andre Geim教授課題組。Andre Geim教授長期從事二維原子晶體材料的研究,因為在石墨烯方面的開創性工作而榮獲2010年諾貝爾物理學獎,被譽為石墨烯之父。
  • Nature:通過焦耳加熱廉價碳源不到一秒快速合成克級的石墨烯
    本文要點: 通過快速焦耳快速加熱廉價的碳源在不到一秒鐘的時間內獲得克級的石墨烯 1 成果簡介 通過自上而下的方法生產的批量規模的石墨烯,剝離石墨通常需要大量的用高能混合
  • 微波等離子體合成N-石墨烯在減輕二次電子發射中的應用前景
    成果簡介 氮摻雜的石墨烯(N-石墨烯)具有改變二次電子發射性能的能力。為此,開發了一種新穎的微波等離子可擴展路徑,用於連續和可控地製造獨立的N-石墨烯片。通過調整高能量密度等離子體環境,以規定的結構質量生產高質量的N-石墨烯,速率為0.5 mg / min。
  • 石墨烯電瓶充電幾小時_石墨烯電池商用要多久
    打開APP 石墨烯電瓶充電幾小時_石墨烯電池商用要多久 網絡整理 發表於 2020-03-17 10:05:43   石墨烯被一些相關的科學家還有媒體們譽為「新時代的材料之王」,他是我們現在人類所知道強度最高、韌性最好、並且還有質量輕、導電性優良的特點。早在幾年前,華為就宣布了他的一項快充的技術,將3000毫安時的石墨烯電池進行充電僅僅只需要五分鐘就可以充滿接近一半的電量。
  • 「恐龍蛋化石」的秘密---化學腐蝕雲母大理巖
    樣品棕褐色部分漫反射紅外譜,經對比與雲母類礦物吻合較好。     紅外光譜檢測可以看出,樣品的白色部分為大理石,棕褐色網脈狀部分為雲母。四、放大觀察     自然界中天然的雲母大理石(cipolin or cipollino marble)主要產自希臘、義大利等地,雜有綠色和灰色紋理的一種白色大理石(MARBLE),這是因為它含有雲母層或雲母類的礦物質層。
  • 獲新一輪融資,「墨睿科技」想做石墨烯領域的「杜邦」
    所有的後續環節要做好,關鍵是材料要好,我們未來的核心就是材料,所以我們本身就是一個專門做材料的企業,這是我們的核心意義。」作者 | 李威1月5日,石墨烯研發製造商墨睿科技宣布已於2020年年底完成了新一輪融資。本輪融資由廣發信德領投,六脈資本、東莞金控、蘇州微駿、勢能資本等機構跟投。