小到手機(jī)、家電零件，大到輪船、飛機(jī)配件，新材料的身影無處不在。而處于“金字塔”基上的碳基材料，則是品種多、應(yīng)用廣、附加值高的“典型一族”。

湖南作為全國碳材料資源的重要基地，在碳基材料研究及其應(yīng)用上處于全國領(lǐng)先地位。目前長沙正在突破一批高精尖缺品種，以提升新材料產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化應(yīng)用水平，確保產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈安全，為長沙打造國家先進(jìn)制造業(yè)高地奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
近日，人民網(wǎng)湖南頻道特邀國家航天技術(shù)專家組成員、教育部新型飛行器聯(lián)合研究中心副主任兼輕質(zhì)耐高溫材料分中心主任，中南大學(xué)教授黃啟忠做客《人民訪談》，一起探尋碳基材料如何推動(dòng)長沙先進(jìn)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

人民網(wǎng)：黃教授主要的研究領(lǐng)域是新材料產(chǎn)業(yè)，它被譽(yù)為制造業(yè)的“底盤”，您能跟我們介紹一下這個(gè)新興產(chǎn)業(yè)嗎？

黃啟忠：新材料確實(shí)被譽(yù)為制造業(yè)的“底盤”，是支撐國家重大工程和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)。而處于“金字塔”基上的碳基材料，是品種多、應(yīng)用廣、附加值高的典型一族。比如，航天器的耐燒蝕材料、飛機(jī)的剎車材料均為碳材料，芯片、氫能、鋰電、核反應(yīng)堆、風(fēng)能離不開碳材料，鋼鐵、機(jī)械、電力也必須用到碳材料，可以說碳材料改變了世界。

人民網(wǎng)：您重點(diǎn)提到的這個(gè)碳材料是什么？它和我們的日常生活有什么關(guān)聯(lián)？

黃啟忠：碳基材料大部分普通民眾都會(huì)覺得比較陌生，不太了解。但是其實(shí)跟我們的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)。手機(jī)、電腦的散熱膜、干電池的電芯就是碳材料，人類第一個(gè)采用化學(xué)方法制造的材料就是碳材料木炭，青銅、鐵、硅的熔煉也離不開碳，所以說碳材料是人類發(fā)展的標(biāo)志。碳基材料主要是指以碳為主題體的材料。它包括主要由碳元素構(gòu)成的石墨、金剛石、石墨烯、碳納米管、富勒烯（C60）、碳同位素C14，碳纖維及其復(fù)合材料，廣義還包含碳化硅及其復(fù)合材料等。碳基材料廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金機(jī)械、電子信息、新能源等領(lǐng)域。碳基材料的發(fā)展給人類社會(huì)帶來了許多革命性的變化。比如，人造金剛石的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展推動(dòng)了磨具、刀具等的大變革，從而使機(jī)械制造業(yè)蓬勃發(fā)展；輕質(zhì)高強(qiáng)碳纖維及其復(fù)合材料的大規(guī)模應(yīng)用給航空航天制造業(yè)帶來了革命性的變化，成就了美國人的“夢想飛機(jī)”波音787的誕生，也使得高超聲速飛行得以現(xiàn)實(shí)。黨中央極為重視碳纖維的發(fā)展，幾屆國家領(lǐng)導(dǎo)人專門作出批示，解決涉及國防安全的這一“卡脖子”關(guān)鍵核心材料。再比如石墨烯被譽(yù)為 “新材料之王”，對5G通訊、新型能源、特種新材料的開發(fā)將帶來顛覆性變化。在研究領(lǐng)域，碳材料的科研也備受重視。比如多個(gè)科學(xué)家均在碳材料領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，為人類科學(xué)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，并以此獲得諾貝爾獎(jiǎng)的殊榮。包括1906、1960年、1996年、2010年以及2019年，就一個(gè)碳元素的研究誕生了5次諾貝爾獎(jiǎng)，這充分證明，碳材料在人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)程中扮演著極其重要的角色。人們也常說，19世紀(jì)是鋼鐵的世紀(jì)，20世紀(jì)是硅材料世紀(jì)，21世紀(jì)是碳材料的世紀(jì)。因此，大力推動(dòng)碳材料及其產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展，具有極為重要的戰(zhàn)略意義。

人民網(wǎng)：碳元素對制造業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，既高大上又接地氣。那么在長沙打造先進(jìn)制造業(yè)高地中，碳材料又起著什么樣的作用？

黃啟忠：長沙市在碳基材料方面具有很大的優(yōu)勢，長沙市非常重視碳基材料的發(fā)展，由分管工業(yè)的副市長擔(dān)任產(chǎn)業(yè)鏈鏈長，多次召開碳材料企業(yè)和碳材料專家的會(huì)議。長沙市在碳基材料產(chǎn)業(yè)鏈中，人造石墨制造、鋰電炭負(fù)極、石墨烯、炭/炭復(fù)合材料、碳材料熱工、第三代半導(dǎo)體碳化硅等方面具有明顯優(yōu)勢，并且有黃伯云院士等學(xué)科帶頭人。比如江蘇某鉛蓄電池電動(dòng)單車企業(yè)采用位于瀏陽的湖南金陽烯碳材料公司制備的石墨烯，制備的石墨烯3代電池在-20℃~55℃的環(huán)境下均能保持穩(wěn)定持續(xù)放電。并使容量提升20%~25%、充電時(shí)間由8小時(shí)縮短為1小時(shí)，使用壽命為普通鉛蓄電池的3倍。石墨烯因?yàn)橹圃旆椒ê凸に嚥煌?，其性能相差非常大，湖南金陽烯碳材料公司制備的石墨烯具有碳原子網(wǎng)絡(luò)完備，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，因此長沙石墨烯性能具有領(lǐng)先的地位，目前產(chǎn)能為年產(chǎn)千噸石墨烯，主流產(chǎn)品價(jià)格下降到每噸100萬元以下，在鋰電池、防腐材料等方面也有良好應(yīng)用。再比如湖南頂立科技有限公司是國內(nèi)熱工裝備的龍頭企業(yè)，產(chǎn)品出口歐、美、日等發(fā)達(dá)國家，公司的碳材料事業(yè)部年產(chǎn)值達(dá)2億元人民幣以上，開發(fā)出了碳材料用化學(xué)氣相沉積爐、石墨化爐、提純爐等設(shè)備，規(guī)模應(yīng)用于航空航天、光伏、鋰電負(fù)極、半導(dǎo)體等行業(yè)的用碳領(lǐng)域，解決了我國國防和民用碳材料的裝備問題，為我國碳材料的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。還有湖南中科星城石墨是專業(yè)從事鋰電池負(fù)極材料研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，以新能源汽車動(dòng)力類鋰電池負(fù)極材料為主攻方向，同時(shí)覆蓋手機(jī)、平板電腦、通信基站儲(chǔ)能等領(lǐng)域，制造包括天然石墨、人造石墨以及硅碳、硅氧、軟碳、硬碳等新型負(fù)極材料。在動(dòng)力電池負(fù)極材料市場具有領(lǐng)先優(yōu)勢，規(guī)模處于國內(nèi)前三。產(chǎn)品供不應(yīng)求，力爭到2025年產(chǎn)值超過100億元。還有湖南博云新材料股份有限公司和金博新材料有限公司，出自于中南大學(xué)粉末冶金研究院的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，分別在在航天航空用碳/碳復(fù)合材料、太陽能單晶硅用熱場材料方面進(jìn)行了大量的研究，其產(chǎn)品性能優(yōu)良，是國內(nèi)同行業(yè)的知名企業(yè)。湖南東映碳材料科技有限公司技術(shù)來源于湖南大學(xué)，致力于高導(dǎo)熱碳纖維的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品廣泛用于航天航空、5G通訊和尖端制造等高技術(shù)領(lǐng)域，榮獲2020年度國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，并被列為湖南省2021年度“十大技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目”。國防科技大學(xué)在碳化硅前驅(qū)體方面進(jìn)行了近40年的研發(fā)，衍生出的博翔新材料、湖南前驅(qū)新材料在聚碳硅烷、聚甲基硅烷方面取得了實(shí)用性成果，為高性能低成本的碳化硅材料奠定了基礎(chǔ)，前驅(qū)體將進(jìn)一步擴(kuò)大碳基材料的應(yīng)用范圍和提升使用壽命。從這些都可以看出來，長沙在碳基材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局中占據(jù)重要的戰(zhàn)略地位。目前長沙正在花大力氣突破一批高精尖缺品種，能夠大幅提高關(guān)鍵材料自主保障能力，提升新材料產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化應(yīng)用水平，確保產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈安全，為長沙打造國家先進(jìn)制造業(yè)高地奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

人民網(wǎng)：碳基材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間大，以碳基材料為代表的新材料產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的引領(lǐng)作用。黃教授，請問長沙目前碳基材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況怎么樣？

黃啟忠：首先，長沙市是全國碳基材料人才培養(yǎng)的搖籃。1962年，湖南大學(xué)建立了中國首個(gè)碳素材料專業(yè)，被譽(yù)為中國碳素材料領(lǐng)域的“黃埔軍?！?。上世紀(jì)80年代，國防科技大學(xué)是我國首個(gè)碳化硅纖維的研發(fā)單位，為碳化硅纖維及其復(fù)合材料的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。中南大學(xué)在碳/碳復(fù)合材料領(lǐng)域打破了國外的技術(shù)封鎖，為國家航空航天戰(zhàn)略需求提供了保障。同時(shí)，中南大學(xué)還在鋰電池碳材料研究和應(yīng)用上居于全國龍頭地位。以上述三所高校為基礎(chǔ)，湖南為全國的碳材料行業(yè)培養(yǎng)并輸送了大批優(yōu)秀的高層次人才。其次，湖南是全國碳材料資源的重要基地，擁有世界一流質(zhì)量的微晶石墨礦，其“魯塘”牌微晶石墨在全球享有盛譽(yù)，其儲(chǔ)量居全國首位，廣泛應(yīng)用于核石墨、等靜壓石墨和石墨烯等領(lǐng)域，寧鄉(xiāng)長寧碳素公司用其制造的電池碳棒占全球80%以上。而且，更讓人自豪的是，長沙在碳基材料研究及其應(yīng)用處于全國領(lǐng)先地位。

人民網(wǎng)：長沙碳基材料發(fā)展取得的這些成績，黃教授您認(rèn)為這得益于哪些因素？哪些舉措是關(guān)鍵？

黃啟忠：我認(rèn)為長沙在這邊還是布局早，成就大。長沙市擁有創(chuàng)新平臺(tái)優(yōu)勢。長沙市具有多個(gè)優(yōu)秀的碳材料相關(guān)平臺(tái)，主要包括有：國防科技大學(xué)擁有陶瓷纖維及其復(fù)合材料國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；中南大學(xué)擁有輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國家碳/碳復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心。并且，湖南擁有國家石墨產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，為長沙碳基產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈集群化夯實(shí)了研究和應(yīng)用基礎(chǔ)。

人民網(wǎng)：對于長沙“十四五”時(shí)期的碳基材料產(chǎn)業(yè)，您認(rèn)為它的發(fā)展前景和重點(diǎn)方向是什么？您有哪些建議？

黃啟忠：碳基材料是國防安全和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的關(guān)鍵材料，擁有極為廣闊的下游應(yīng)用領(lǐng)域和巨大的市場空間。其中的炭纖維及其復(fù)合材料、碳化硅材料屬于“卡脖子”關(guān)鍵材料。實(shí)現(xiàn)長沙碳基材料產(chǎn)業(yè)集群的做大做強(qiáng)，需要針對已處于全國領(lǐng)先地位的產(chǎn)業(yè)，要建設(shè)其領(lǐng)軍能力，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，鞏固并強(qiáng)化發(fā)展優(yōu)勢，使該產(chǎn)業(yè)由全國領(lǐng)先向世界領(lǐng)先邁進(jìn)；其次，針對具有高發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)，要提升其競爭能力，壯大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)的延鏈、補(bǔ)鏈、強(qiáng)鏈，使該產(chǎn)業(yè)由小而精向大而強(qiáng)轉(zhuǎn)變；還有我覺得要充分發(fā)揮長沙碳基材料的教育優(yōu)勢、資源優(yōu)勢和平臺(tái)優(yōu)勢，加強(qiáng)人才培養(yǎng)和基地建設(shè)；而加強(qiáng)科技創(chuàng)新尤為重要。上世紀(jì)80年度末至90年代初，以長沙礦冶研究院冶金學(xué)科，湖南大學(xué)的碳素學(xué)科，中南大學(xué)的粉末冶金學(xué)科相結(jié)合，致力于人造金剛石產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其產(chǎn)量和產(chǎn)品水平曾多年居全國第一。由于當(dāng)時(shí)由于知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)問題、政府的重視問題，科研和生產(chǎn)工作者的結(jié)合問題等原因，導(dǎo)致很多企業(yè)沒有核心技術(shù)，也沒有規(guī)模優(yōu)勢，形成無序競爭，優(yōu)勢逐漸喪失，目前湖南省、長沙市的金剛石行業(yè)已經(jīng)基本被淘汰。這一“長沙金剛石現(xiàn)象”給我們碳基材料上了很好的一課。所以，要不斷提升碳基材料產(chǎn)業(yè)集群的創(chuàng)新能力，突破關(guān)鍵技術(shù)，使湖南省碳基材料產(chǎn)業(yè)集群化、高端化、健康化發(fā)展，以更好全面落實(shí)“三高四新”戰(zhàn)略定位和使命任務(wù)。

文章來源：人民網(wǎng)