从无到有 抢占先机 ——全国首个石墨烯系列地方标准诞生记

沈培康教授团队在工作。

“石墨烯进步一小步，世界将进步一大步。”作为备受瞩目的战略性前沿性新材料，石墨烯的每一次进步都会引起广泛关注。

12月7日，广西质量技术监督局在广西石墨烯研究院正式发布《石墨烯三维构造粉体材料名词术语和定义》等五项石墨烯系列地方标准，并从12月30日起开始实施，这也是相关领域的全国首个地方标准。

此次发布的五项石墨烯系列地方标准由广西质量技术监督局和广西大学共同提出，由广西大学可再生能源材料协同创新中心等单位起草。这是一项什么样的石墨烯系列地方标准？一个高校的科研创新团队为何能作为主要起草人制订全国首个石墨烯系列地方标准？

界定 促进石墨烯市场的规范化和标准化

作为材料界的新星，石墨烯因具有极好电学、力学、热学以及光学性能，在能源装备、交通运输、航空航天等领域已呈现良好的应用前景。目前，英国、美国、韩国等多国正着手推动石墨烯的产业化，中国也是石墨烯研究和应用开发最为活跃的国家之一。

近年来，业界对石墨烯高度关注，石墨烯研究和产业化得到了快速发展。“然而，由于目前暂无石墨烯国家标准和地方标准来规范石墨烯行业，石墨烯市场较为鱼龙混杂。把标准制定出来，定义就界定好了。”广西石墨烯标准化技术委员会主任、广西石墨烯研究院首席科学家、广西大学可再生能源材料协同创新中心主任、教授沈培康认为，石墨烯系列地方标准的发布将促进石墨烯市场的规范化和标准化，形成一个健康有序的市场环境。

此次广西正式发布的石墨烯系列地方标准有五项：《石墨烯三维构造粉体材料名词术语和定义》《石墨烯三维构造粉体材料的检测与表征方法》《石墨烯三维构造粉体材料生产用聚合物》《石墨烯三维构造粉体材料生产技术》和《石墨烯三维构造粉体材料生产用高温反应炉的设计规范》。

“这是广西在全国率先发布的石墨烯系列地方标准，首次明确了石墨烯三维构造粉体材料的名词术语；首次规范了石墨烯三维构造粉体材料的原料、技术、生产装备及检测方法，它将为广西乃至全国石墨烯行业规范化发展提供强有力的科学依据、技术支持和人才支撑。”广西大学校长赵艳林介绍说。

一项标准的制订，对于相关产业发展影响巨大。广西质量技术监督局局长陈鸿起认为，标准引领是科技创新、产品开发的重要的一个前提，广西率先制定地方标准，能够引领和推动石墨烯产业迅速地发展。

突破 发明三维石墨烯粉体材料制备方法

经过申请立项、组织编写和专家评审等必要程序之后，一项地方标准才能问世，而参与制订相关标准的主要起草人，须在相关领域内具有较大的影响力和权威性，代表该领域先进的技术发展方向。

长期以来，尽管石墨烯在诸多领域有着巨大应用，但世界上几乎没有一种方法可以大批量生产石墨烯。“石墨烯是二维材料，非常活泼，一旦碰撞在一起就会变成石墨片，失去了石墨烯的特性。石墨烯的三维化，才能有立体、支撑性能，独立形成粉体材料，而且不团聚，应用也更广泛。”沈培康介绍说。

经过多年的研究，沈培康教授带领的广西大学可再生能源材料协同创新中心研究团队迈出了突破性的一步——研究出了利用含碳聚合物，批量制备石墨烯三维构造粉体材料的技术。

与普通以石墨材料为原料的方法不同，沈培康教授研究团队独创性地发明了采用廉价含碳聚合物为原料，通过过渡金属催化剂和造孔剂作用下，利用热裂解方式，制备三维化石墨烯粉末。与传统石墨烯制备技术相比，该技术具有合成工艺简单，原料来源广泛，成本较低廉，可批量化生产。

通过该方法合成的三维多级孔自掺杂（氮、磷、硼等）石墨烯材料，具有其他碳材料包括商用石墨烯不具备的性质，如超高比表面积、高导电性、自掺杂、多级孔结构等。这些独特性能的三维构造的石墨烯材料可广泛应用于燃料电池、二次电池和超级电容器等能源领域以及与高分子复合合成具有优异特性的功能性涂料和增强材料，用于电子业、航空航天、汽车制造等领域。

“没有金刚钻，别揽瓷器活。”沈培康教授团队的科技创新成果为加快石墨烯产业化发展奠定了基础，也使得广西石墨烯地方标准的制定成为了可能。

2016年7月，广西大学向广西质量技术监督局递交了石墨烯地方标准的立项申请。2016年11月，由广西大学可再生能源材料协同创新中心负责起草的石墨烯广西地方标准通过了由大连理工大学、东北大学、华南理工大学、广西标准技术研究院、广西师范大学、桂林电子科技大学等专家组成的专家组的审定。

探索 引领广西乃至中国石墨烯产业发展

添加石墨烯后充电速度可以提高数倍的锂离子电池，具有高导电性、高热稳定性、特殊性质的功能性涂料……在广西石墨烯研究院的展厅内，广西大学可再生能源材料协同创新中心研究开发出的多项石墨烯应用产品吸引了众多参访者驻足观看。

为更好地引领和推动广西石墨烯研发及产业化进程，沈培康教授研究团队探索建立从石墨烯生产原料、装备、生产、销售和下游工程应用的完整的产业链，开辟了一条具有特色和市场竞争力的石墨烯产业化之路。以沈培康教授研究团队为依托，广西大学成立了广西北部湾石墨烯产业技术开发有限公司和广西石墨烯研究院。

2016年8月，广西石墨烯研究院年产15吨三维石墨烯构造粉体材料制备和应用开发中试基地正式建成试产，多种具有特色、性能优越的石墨烯粉体材料下游应用产品已投入市场。

通过添加3%的石墨烯三维构造粉体材料，广西睿奕新能源有限公司的ER14250型锂亚硫酰氯电池，10mA和25mA放电电池容量测试提升20%以上的容量。“更重要的是，添加石墨烯后的电池，存放半年没有一点电压滞后。”沈培康说。

不仅如此，沈培康教授团队研发的石墨烯三维构造粉体材料已广泛应用于相关领域：性能是普通润滑产品十倍的石墨烯增效润滑系列产品、超越国内外超电专用碳材料的超级电容器专用石墨烯三维构造材料……在石墨烯生产原料方面，通过转让专利技术授权的江苏建亚环保科技股份有限公司现已建成年产2万吨聚合物的生产基地，产值可达20亿元人民币。

“尽早实现广西石墨烯产业‘无中生有’，抢占石墨烯产业发展先机。”面对全国各地竞相发展石墨烯产业的态势，广西已提出全力以赴把石墨烯产业打造成又一张创新发展的名片。

“目前，我们以石墨烯三维构造粉体材料为核心的产业链条已经形成，随着具有市场竞争力石墨烯产品的陆续投放，势将带动国内石墨烯产业健康、有序地发展。”沈培康说。