34岁的“纳米王子”富勒烯产业化之路有多远?
时间:19/12/13

富勒烯产业的演变,仿佛是历史的宿命,遵循着诞生于欧美、发展于日本、最终向中国流变的轨迹。


以1985年意外被发现为肇始,时代的浪潮几番跌宕之后,富勒烯的规模化生产也经历了从克级到公斤级再到吨级的巨大跨越。


34年回首,在汹涌的产业洪流中,富勒烯的产业化之路到底还有多远?


神奇的“纳米王子”


“纳米王子”富勒烯今年34岁了,正是风华正茂之时。回想起它的发现过程,意外又神奇。


1985年,英国化学家克罗托为研究宇宙星云中的物质构成,来到美国莱斯大学与斯莫利合作研究。当他们在真空中,利用高能激光溅射石墨时,惊奇地发现了富勒烯这种全新的分子结构。


富勒烯的发现极大地推动了纳米科学的发展,这个拥有完美的球形对称结构的分子,在纳米尺度范围内,拥有特殊的稳定性,被誉为“纳米王子”。


△ 富勒烯C60


因此,当1996年10月7日,科尔(美)、克罗托(英)和斯莫利(美)因富勒烯的发现获得诺贝尔化学奖时,一点也不让人觉得奇怪。


很多事情,巅峰过后便归于沉寂,但富勒烯并没有。由于富勒烯的研究,人们又先后发现了碳纳米管、石墨烯等全碳纳米材料,受此启发制备出的各种其他纳米结构材料更是数不胜数。


在此研究过程中,富勒烯神奇的应用价值不断被发掘。因其在自由基捕捉、光吸收、超导、完美结构、DNA亲和、电子受体、高效吸附和内嵌分子等多方面具有无可比拟的优势,富勒烯在生物医药、新能源、半导体等高新科技领域的应用大放异彩,被称为“上帝赐予人类的礼物”。


富勒烯也因此变得极为珍贵。2015年,牛津大学碳材料设计公司以2.2万英镑的价格卖出总重量为200微克的“内嵌富勒烯”材料,每克价值1亿英镑的“天价”,一度引起了学术界、材料界乃至金融界的广泛关注。


当然,这只是极端的个例。如今,随着科技进步和科学家研究的深入,制备富勒烯的方法日臻成熟,富勒烯的产量不断提升,价格已得到有效控制。


不过,整体来看,目前世界上仅有为数不多的国家能够制备富勒烯,且产量多为公斤级,售价还是非常昂贵。富勒烯的产业化之路尚远。


产业化的“拦路虎”


“富勒烯是目前少有的能够撬动很多行业应用的一种基础性功能材料,也是少有的国内外产业化水平处于同一起跑线上的材料。” 厦门福纳新材料科技有限公司董事长朱常锋表示,“然而,在进行富勒烯推广的过程中,政府部门、投资机构、应用企业和一些行业协会,都会问到一个同样的问题,作为新型碳纳米材料的‘典型’和诺贝尔化学奖物质,为什么富勒烯的产业化应用没有发展起来?”


△ 厦门福纳新材料科技有限公司董事长朱常锋


究其原因,朱常锋认为,首先,富勒烯的产业成熟度还不够,缺乏高品质、低成本量产技术。


富勒烯的制备工艺十分繁杂,目前国内外用于制备富勒烯的方法都较为繁琐,且纯度不高,后期需要进行提纯,量产难度很大。


“缺乏富勒烯应用基础研究也是制约富勒烯产业化的一大瓶颈。”朱常锋指出,富勒烯从技术导入到产品量产、再到形成商品和推向市场,需要经过反复试验和检测,这一过程中,标准原材料研究是基础。可惜的是,这部分是缺失的,严重影响富勒烯的产业化进程。


如果再往上追溯,信息不对称是根本原因。作为一种典型的碳纳米功能材料,富勒烯的产业化研究是跨学科、跨行业的,存在着难以打破的信息壁垒。“这是很多材料都面临的难题,富勒烯产业更为严重。”朱常锋说。


富勒烯拥有优良的物理和化学性质,在材料科学、电子学和纳米技术等高新技术领域应用潜力巨大。但在技术落地,实现产业化的过程中,应用靶点不确定的弊端也在不断被放大。


朱常锋对新材料在线®总结称,高品质和低成本量产技术难、信息不对称、缺乏富勒烯应用基础研究是富勒烯产业化进程中最大的“拦路虎”。


产业化破局


神奇的“纳米王子”富勒烯若要真正造福人类,产业化是必由之路。34年来,人们对富勒烯产业化的探索从未止步。


1990年,是梦想照进现实的一年,克雷奇默和赫夫曼等发明了石墨高温蒸发法,使人们第一次可以得到克量级的富勒烯。


1992年,MIT的科学家发明了苯燃烧法,进一步增大了富勒烯的产量。2001年,日本三菱公司成立先锋碳材料研究所,利用MIT的技术投资1.50亿美元建立了首套工业化富勒烯生产装置,富勒烯产业化之路正式开启。


我国富勒烯学术研究起步比较晚,自2002年起,厦门大学、中国科学院化学所、中国科技大学、浙江大学等多家高校和科研单位逐步开展富勒烯实验室制备方面的研究。


尽管世界各地都在为实现富勒烯产业化前赴后续,但是,在2008年以前,富勒烯的产业化依旧处于起步阶段,世界上仅有为数不多的国家能够制备富勒烯,且产量多为公斤级,售价也非常昂贵。


大潮之下,必有勇夫。在富勒烯产业化的征途中,福纳新材料担起了“破局者”的重任。


从2009年开始,厦门福纳新材料科技有限公司董事长朱常锋便开始专注于富勒烯领域,与中科院化学所针对富勒烯制备展开合作,探索采用磁控电弧法新技术制备金属富勒烯,最终彻底解决了金属富勒烯不能工业化规模生产的国际性难题。


△ 福纳新材料翔安工厂


此外,福纳新材料还依托厦门大学和中科院等国内外高校强大的技术背景,自主研发富勒烯磁控电弧法工业化生产技术体系,于2014年建成空心富勒烯和金属富勒烯联产工业生产线,在全球范围内率先实现了“联产联采”的富勒烯制备、采集、提纯的技术突破,从而实现了富勒烯从实验室到工厂的产业化应用,使得我国在富勒烯这一高新技术领域站在了世界的前列。


△ 福纳新材料生产车间


“目前,我们第五代生产线正在扩产改造升级。改造升级后,能有效降低综合生产成本,大幅提高产品纯度,且产能将到吨级,从而彻底解决‘高品质、低成本量产技术’难点。”朱常锋告诉新材料在线®


打通 "最后一公里"


采访过程中,朱常锋提到最多的一个词就是“富勒烯+”产业平台。


为了打通富勒烯产业化应用的“最后一公里”,针对信息不对称性和应用靶点不确定性这两大难点,朱常锋提出了打造“富勒烯+”产业平台的构思,通过构建“富勒烯+”产业平台,不仅能够实现信息共享,而且能够基于平台信息,建立标准原材料研究基础,确立正确的应用靶点,还能充分利用平台优势资源,推动富勒烯产业的健康发展。


按朱常锋的构想,福纳新材料将致力于打造一个以富勒烯纳米新材料为核心的、开发富勒烯应用产品的专业孵化器,构筑开放创新、资源联结、信息共享、赋能产业的平台,连接人才、技术、信息、资源、资金,推动富勒烯产业发展。


“未来,我们将联合科研院所、行业企业、投资机构和地方政府等力量进行富勒烯产业的应用项目研发、资源对接及孵化发展。”朱常锋表示。


福纳新材料不仅瞄准生物医药领域,开展化妆品、保健品及抗癌药物等应用产品研发,还在新能源领域推动OPV、OLED和半导体等应用发展,促进富勒烯研究成果产业化落地。与此同时,福纳新材料还着重于先进工业领域的润滑材料和高分子复合材料等应用产品研发,推动富勒烯在畜禽、水产养殖业以及农作物种植业上的应用,打破了富勒烯科研产业“两张皮”。


△ 富勒烯化妆品产品-精华液套装


△ 富勒烯润滑油


朱常锋告诉新材料在线®,福纳新材料将始终以富勒烯为核心,打造富勒烯产业化平台和投融资平台,致力于成为全球领先的富勒烯制造商、富勒烯垂直产业链的引领者和“富勒烯+”产业平台的缔造者。


“不积跬步,无以至千里;不积小流,无以成江海”,福纳新材料推动富勒烯发展的每一小步,都是成就富勒烯产业的一大步。福纳新材料叩开了富勒烯产业化大门,新一轮科技革命和产业变更正在加速酝酿。

0
相关文章
相关留言
写留言...
微信公众号
长按二维码关注"米格实验室"微信公众号