宝山这座“超级”实验室，正在锻造前沿新材料成果转化的“金刚钻”|全球滚动

• 2023-04-21 04:06:44来源：上海宝山

在奇妙的物理世界里，将一层碳原子平铺就能构成一种名叫“石墨烯”的二维晶体材料。

它，轻如鸿毛，仅为一个碳原子的厚度

(资料图)

是头发丝的20万分之一

铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹可能就是几层石墨烯

它，强度最大的材料，理论上比钢强韧200倍

它还拥有极好的导电性和导热性

它，被称为“黑金”“新材料之王”

近年来，上海持续发力，破解石墨烯从基础研究到产业化难题，力争掌握前沿新材料科技创新的“金刚钻”。

在位于宝山高新技术产业园区的上海市石墨烯产业技术功能型平台创新实验室内，这个“金刚钻”正在锻造。

01

贝壳，科学家眼中的铝合金“强度密码”

这是你眼中的贝壳

贝壳“珍珠母”

这是科学家眼中的贝壳

自然贝壳珍珠层“砖砌结构”

“贝壳珍珠层的叠层结构，类似长城的砖砌结构，一块砖交错压一块砖，也被称为‘微纳砖砌’结构。”正因如此，贝壳以最少的材料构建出了十分坚硬的外壳。

受到大自然灵感的启发，上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室张获教授团队自主研发出“微纳叠片粉末冶金”这一独创的仿生复合技术。

这一技术帮助科学家从中找到铝合金的“强度密码”—石墨烯。简单来说，先将铝制成微纳片状粉末，再与碳纳米管和石墨烯在微观尺度下均匀复合成为“砖”，然后通过工艺控制，像垒墙一样形成“砖砌式”叠层结构的烯碳铝基复合材料。这一“王牌”铝合金不仅解决了传统铝合金刚度不强的问题，还有望将我国航空、高铁、汽车等高端制造领域带入轻量化时代。

为了让实验室成果得到转化应用，上海交通大学与上海市石墨烯产业技术功能型平台组成上海烯碳金属基复合材料工程中心，开始了产品中试。

中试，是中间性试验的简称。它是成果从实验室真正走向市场的一大关键。打个比方，中试就像足球比赛中的中场队员，发挥着承上启下、攻守转换的重要作用。

历经700多个日夜，第一批大规模烯碳铝合金锭坯从宝山的这个中试车间下线。截至目前，工程中心已经形成年产能50吨的中试生产线，可制备单重达0.5吨的锭坯，并研发出中强、高强、超高强等系列高模量烯碳铝合金。”烯碳铝合金从技术制备到生产设备具有完整的知识产权，替代现役铝合金构件预期减重可达10%—30%，轻量化效益十分显著。而且，烯碳铝合金的技术路线、制备水平以及材料性能都处在国际前沿。”李志强颇为自豪。

用烯碳铝合金制成的手机中框更轻

借助平台资源，工程中心已联合中航工业、中国航天科技、中国中车集团等国内应用单位，开展烯碳铝合金在飞机、航天运载器结构、“标准动车组”列车、新能源汽车等装备上的应用验证，有望率先实现新型烯碳铝合金材料的突破。

上海烯碳金属基复合材料工程中心中试基地

从宝山走出的中国这个首创石墨烯技术不仅可以做烯碳的铝合金，也可以做镁合金、钛合金、铜合金……

“石墨烯对于合金强化领域，正从最初的科幻变成现实。”

看到自主研发的材料能够落地，服务于国家重大需求，服务国民经济建设，李志强、科研团队、以及平台，均乐见其成！

02

从“流量明星”到“金钢钻”

石墨烯原本就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。2004年，两位英国科学家用透明胶带撕出了石墨烯，并因此获得2010年诺贝尔物理学奖。随后，石墨烯成为二维材料的“流量明星”，被誉为21世纪的“新材料之王”。但它的美好特性只有真正在现实中被规模化应用，才是其成为“新材料之王”的关键。

上海石墨烯产业技术功能型平台

0到1之后，要走通1到10，10到N的成果转化、产业化之路，并非一路坦途。为此，上海在科创中心建设的“四梁八柱”中埋下一颗石墨烯“种子”，着力打造上海石墨烯产业技术功能型平台，破解石墨烯从基础研究到产业化难题，力争掌握前沿新材料科技创新的“金刚钻”。

上海石墨烯产业技术功能型平台

平台由市科委和宝山区政府联合打造，采用市场化运作模式，由上海超碳石墨烯产业技术有限公司运营。根据协议，平台为科研团队提供场地、设备、工程人员、资金、产学研合作牵线等支持。平台还可以通过“先投后股”方式积极支持初创团队，帮助团队完成从实验室成果到工业样品的过渡期。如果中试成功并进入产业化阶段，双方按一定比例分配收益。

“宝山提供的不仅是一个实验室，还是一个平台和一整套机制。”上海石墨烯产业技术功能型平台董事长梁勇介绍，基础研究下一段的“死亡之谷”谁来做？平台就承担了这一任务。“我们叫‘CTO+CEO模式’。科学家做好技术策源，平台帮他买设备、配工程人员、服务人员，为他做增量服务，帮他们赋能，尽快产业化。比如，交大团队的烯碳的铝合金成果转化中，平台为其提供了600平方米、挑高11米的中试厂房，并配备了工程人员专门配合团队产品攻关，才有了产业化的成果。”

目前，类似的石墨烯中试实验室，平台有10个正在运营，它们都面积颇大，有不少大型设备，看上去像一个个厂房。近些年，上海提供了肥沃的创新土壤，吸引了中科院上海微系统所、上海交大、复旦、同济、上大、东华大学、上理工等13支高校院所的高水平团队入驻，科研攻关方向涉及航空发动机、火箭材料、功能性纤维等领域。石墨烯平台已经进入了以“产业化应用推进”为核心的新阶段，已成功孵化培育近30个石墨烯产业项目。

它们之中既有“高精尖”成果

也有“接地气”应用

8英寸石墨烯单晶晶圆

中科院上海微系统所已制备出8英寸石墨烯单晶晶圆，在石墨烯平台的推动下，科研团队实现了小批量生产，获得上海市自然科学一等奖，为国产新一代电子器件的研发奠定了基础；

该平台首席技术官于庆凯团队的甲烷裂解制备高品质石墨烯产品下线，据测算，借由这一国际首创的技术，石墨烯成本将从每千克1000元降至每千克240元，价格仅为原先的三分之一；

石墨烯防腐涂料

平台联合宝山高新区内企业海隆石油共同完成的石墨烯重防腐涂料，抗盐雾时间已经测试超过8000小时国际领先，能使远洋舰船一次涂装，反复使用不生锈，大大提高船舶的安全系数，降低了涂装维护成本……

这些都将开启以“亿级”乃至“百亿级”的大市场……

03

实验室：现代化科技产业新城的源头活水

科学家们在这一未知领域内又迈出了令人振奋的一步。今年前三个月，国际顶级学术期刊《自然》《科学》杂志已发表三篇关于石墨烯的报道。这些研究或为设计石墨烯基超导体奠定基础，或为探索石墨烯系统中的流体动力学开辟新路。随着研究的不断深入，石墨烯带给未来的许多可能性值得期待……

当“神奇材料”的未来许多应用可能性，正等待被探索和开发时，石墨烯平台所在的宝山高新技术产业园区，也在聚焦从1到10，从10到N的创新全链条，从科研端、产业端，营造更加优渥的生态，抢占产业化先机。

目前园区已有特色实验室20余家，除了石墨烯平台以外，还有国际超导的无线电频谱检测技术实验室，华域的新能源电驱动系统实验室，药苑的靶点发现实验平台，上药康希诺的动物实验房等等，涵盖新材料、生物医药、智能制造等领域。

分布在园区内的一座座实验室，为企业研发创新、成果转化提供了有力支持，同时也全面提升园区的科技创新策源能力。

作为宝山建设科创中心主阵地的重要承载区，27平方公里的高新园区，有空间、有产业配套，为创新团队、科创企业的小试、中试、产业化，进而形成新材料、生物医药和智能制造集群，提供了基础。

“我们有一个愿景，今后这里应该是科技创新的实践场，企业发展的集聚地，概括一点说，就是现代化的科技产业新城。”上海宝山高新技术产业园区相关负责人这样展望园区的未来。

（来源：上海宝山）

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