2020年中國國際紡織紗線（秋冬）展覽會上，杭州高烯科技有限公司展廳中的單層石墨烯多功能復合纖維令人印象深刻。從合成和證實存在到如今只有短短十幾年的時間，但石墨烯憑借優(yōu)異的力學、電學、熱學、光學等性能及其潛在的應用價值和應用前景，已成為科研院所、企業(yè)等多年來研究與應用開發(fā)的熱點。而高烯科技無疑是石墨烯研發(fā)之路上的領(lǐng)跑者，其團隊十年磨一線，潛心鉆研，突破了層層技術(shù)障礙，特別是解決了多項關(guān)鍵技術(shù)難題，建成單層氧化石墨烯自動化生產(chǎn)線，成功研制出了單層石墨烯多功能復合纖維并實現(xiàn)了量產(chǎn)。

那么，石墨烯是什么？高烯科技的單層石墨烯多功能復合纖維是一種怎樣的纖維？有何性能優(yōu)勢？其應用領(lǐng)域目前有哪些？從石墨烯到單層氧化石墨烯再到單層石墨烯多功能復合纖維量產(chǎn)，高烯科技研發(fā)團隊解決了哪些技術(shù)難題？當前該纖維的產(chǎn)業(yè)化推進情況如何？高烯科技下一步還有怎樣的發(fā)展規(guī)劃？圍繞這些問題，在本次秋冬紗線展期間，中國化學纖維工業(yè)協(xié)會組織多家行業(yè)、綜合媒體等對杭州高烯科技有限公司總經(jīng)理汪洋及研發(fā)中心副經(jīng)理韓燚進行了專訪。

立足核心原料 拓展石墨烯“1+N型”產(chǎn)業(yè)鏈

石墨烯是一種碳原子以sp?雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格排列的二維碳納米材料，具有優(yōu)異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫(yī)學和光電子器件等方面具有重要的應用前景，被譽為革命性的新材料。基于此，許多國家建立了石墨烯相關(guān)技術(shù)研發(fā)中心，嘗試使石墨烯商業(yè)化，進而在工業(yè)、技術(shù)和電子相關(guān)領(lǐng)域獲得潛在的應用專利，并使其在未來可以從實驗室進入生產(chǎn)線和市場。石墨烯也是我國重點支持的戰(zhàn)略前沿和新興材料產(chǎn)業(yè)，然而長期以來，高品質(zhì)單層石墨烯粉體類原料無法量產(chǎn)，這使得石墨烯的諸多優(yōu)異性能無法充分發(fā)揮，產(chǎn)業(yè)化之路困難重重。

2008年，浙江大學高超課題組選擇高分子基納米化學與材料作為研究方向，聚焦于石墨烯的基礎研究與應用開發(fā)。在研究中，高超課題組不斷提升石墨烯宏觀組裝材料的電、熱、力、光電、電磁屏蔽等性能。他們發(fā)現(xiàn)的石墨烯液晶現(xiàn)象，還打開了新的研究方向，憑借這一現(xiàn)象，他們找到了低成本制備單層石墨烯的捷徑，突破了石墨烯工業(yè)化難題。

2010年，高超課題組首次發(fā)表了把石墨烯與尼龍6進行原位聚合的文章，從此開啟了石墨烯復合纖維的探索與實踐之路。2016年，高超創(chuàng)立了杭州高烯科技有限公司，通過浙江大學專利轉(zhuǎn)讓及公司自研發(fā)的方式，致力于研發(fā)生產(chǎn)單層石墨烯及其宏觀材料。

完美結(jié)構(gòu)的石墨烯不溶解、不浸潤、不熔化，難以加工，在許多領(lǐng)域的應用受到限制。因此氧化石墨烯越來越受到重視。“單層氧化石墨烯是一種具有含氧官能團的單原子層二維大分子，一般經(jīng)石墨氧化制得，通過化學和熱還原，可以很方便地轉(zhuǎn)變成石墨烯。盡管結(jié)構(gòu)上存在缺陷，性能有所衰減，但氧化石墨烯可在水及極性有機溶劑中溶解或分散、可通過濕法加工成各種宏觀材料、容易進行改性修飾摻雜、可以規(guī)模化生產(chǎn)、應用范圍十分廣泛。如氧化石墨烯直接與纖維、極性塑料、涂料、橡膠、陶瓷、金屬等進行混合制備復合材料，可提高其強度、模量、抗紫外、抗腐蝕、耐磨損、遠紅外發(fā)射等性能；用于石墨烯改性纖維、膜，可獲得兼具高導熱、高導電與超柔性的電子產(chǎn)品；用于氣凝膠，可獲得超輕、高孔隙率、彈性產(chǎn)品等。”高烯科技研發(fā)中心副經(jīng)理韓燚道出了單層氧化石墨烯的突出優(yōu)點，這也正是高烯科技將研發(fā)生產(chǎn)的重點放在單層氧化石墨烯上的緣由。

通過多年來不斷的技術(shù)攻關(guān)與工藝優(yōu)化，高烯科技突破了單層氧化石墨烯高質(zhì)量宏量制備、單層氧化石墨烯粉體穩(wěn)定制備、單層石墨烯粉體展開原位聚合技術(shù)、均勻分散、石墨烯復合纖維高速紡絲等數(shù)十道關(guān)鍵技術(shù)。2019年，高烯科技單層氧化石墨烯生產(chǎn)線試車成功，目前可實現(xiàn)年產(chǎn)10噸級生產(chǎn)規(guī)模。同時，在單層率高達99%的石墨烯原料穩(wěn)定量產(chǎn)基礎上，高烯科技突破了石墨烯多功能復合纖維的核心量產(chǎn)技術(shù)，開發(fā)出石墨烯錦綸、滌綸、氨綸、腈綸、粘膠纖維、莫代爾等多系列功能復合纖維。

如今高烯科技已申請石墨烯領(lǐng)域?qū)＠俣囗棧渲邪l(fā)明型專利占比80%以上；并以單層氧化石墨烯原料為核心，成功開發(fā)出石墨烯“1+N型”產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)及產(chǎn)品，如石墨烯多功能復合纖維、石墨烯電熱膜、石墨烯導熱膜等。此外，2020年，高烯科技全面啟動石墨烯終端產(chǎn)品品牌——烯鳳凰，單層石墨烯多功能襪、鞋，石墨烯遠紅外光灸毯均為烯鳳凰品牌產(chǎn)品，本次秋冬紗線展上，這些產(chǎn)品均亮相高烯科技展廳，引來觀眾廣泛關(guān)注。

對此，韓燚特別感慨，“石墨烯做出來是重要一步，但怎么把它用出去更為重要，正是得益于國家對科創(chuàng)型企業(yè)的支持，得益于我國擁有相對完整的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，我們在國內(nèi)特別是長三角地區(qū)找到了大量敢于用我們石墨烯的企業(yè)，讓我們的單層石墨烯能夠盡其所用，用到了最能發(fā)揮其功能的纖維及其制品中。”

在拓展產(chǎn)業(yè)鏈層面，高烯科技還做了一件大事，即攜手北京石墨烯研究院有限公司、廈門大學石墨烯工程與產(chǎn)業(yè)研究院、深圳石墨烯創(chuàng)新中心有限公司等數(shù)十家產(chǎn)業(yè)鏈機構(gòu)成立了石墨烯多功能復合纖維共同體研究院（簡稱GCI），研究院將在“石墨烯多功能復合纖維”產(chǎn)業(yè)體系建設，整合產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢人才、技術(shù)及資源，集成“政產(chǎn)學研資用”等創(chuàng)新要素和資源要素等方面做出更大貢獻，最終形成石墨烯原料--纖維--紗線--面料--終端產(chǎn)品的良性循環(huán)，引領(lǐng)共同體內(nèi)成員的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展。

聚焦纖維功能 打造健康生活新方案

纖維及其制品和人們的日常生活緊密相連。隨著生活水平的不斷提高，人們對“衣”的要求不斷朝著舒適、美觀、保健防護以及智能等更高要求和更高品質(zhì)發(fā)展；人們對于居住環(huán)境的清潔、安全和環(huán)保要求亦與日俱增；特別是新冠病毒疫情過后，人們對健康與安全的需求更為迫切，加之新材料強國戰(zhàn)略、全民健康戰(zhàn)略、新興消費群體興起等大背景，功能性纖維及其制品將以除螨、防霉、抗病毒、阻燃、拒水拒油、防紫外線等一種或多種功能復合更好地滿足人們對健康生活的需要。由此具有抑菌、防螨、抗靜電、遠紅外、負離子、阻燃、生物安全等多種功能的石墨烯改性復合纖維的市場規(guī)模將迎來新的突破。

高烯科技開發(fā)的單層石墨烯多功能復合纖維可謂恰逢其時，其由石墨烯與錦綸等聚合物基體進行原位聚合后紡絲制得，即把石墨烯作為一種功能性添加劑，添加到傳統(tǒng)化學纖維中，基于石墨烯的優(yōu)異性能，將傳統(tǒng)纖維材料制成更符合消費者需求的功能性纖維。韓燚談到，“實際上，原位聚合的工藝從實驗室走向生產(chǎn)、走向市場，是一條荊棘之路，我們不斷改進工藝才有了今天成熟的產(chǎn)品。從原料角度出發(fā)，我們擁有全球首條氧化石墨烯生產(chǎn)線，能夠生產(chǎn)單層率達99%的石墨烯漿料，僅需千分之一的添加量就能實現(xiàn)諸多功能，且不會對纖維的觸感、強度、韌性等性質(zhì)造成不利影響。從技術(shù)層面來講，原位聚合不同于普通的混合、摻雜，在使用過程中，石墨烯不會從纖維中脫離流失，保證了產(chǎn)品功能的持久性和本身的安全性。”

單層石墨烯多功能復合纖維具有的遠紅外發(fā)射、紫外防護、抗菌抑菌、抑制螨蟲、抗病毒以及負離子發(fā)射等多項功能與人們的健康息息相關(guān)，且這些功能均多次通過國家紡織服裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（浙江）、國家紅外及工業(yè)電熱產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心等第三方權(quán)威檢測機構(gòu)檢測，具有相關(guān)檢測報告。同時不含金屬離子，安全環(huán)保健康，屬于自帶康護性的新型纖維。

例如，穿用該纖維制成的紡織品服裝，石墨烯發(fā)射的遠紅外能量可以被人體充分吸收，達到自暖效果，并且可緩解疲勞、增強細胞活力、促進血液循環(huán)和微循環(huán)；紫外光防護系數(shù)UPF實測值和UVA的透過率均符合國家標準；石墨烯多功能復合纖維既能顯著消除因細菌產(chǎn)生的各種異味，防臭效果顯著；又可以在一定程度上抑制細菌繁殖，降低再次傳播的風險；同時，其通過了OEKO-TEXStandard 100環(huán)保認證，而且是依據(jù)里面要求最嚴苛的Class 1 附錄6測試方法，因此可用于嬰兒用品，安全環(huán)保健康，此外高烯科技還進行了皮膚致敏性和動物刺激試驗，結(jié)果試驗樣品沒有一例產(chǎn)生過敏或刺激反應。

對石墨烯多功能復合纖維的性能優(yōu)勢及應用領(lǐng)域，高烯科技總經(jīng)理汪洋如數(shù)家珍，“我們的石墨烯多功能復合纖維，既能向內(nèi)增強細胞活力、提升免疫力、延緩衰老，又能向外抑制病毒細菌螨蟲生長、屏蔽紫外線，多管齊下，協(xié)同呵護，全方位守護健康，是居家、運動、商務、休閑的理想紡織面料。這樣的功能纖維紡織品，還可廣泛用于公共活動區(qū)域如醫(yī)院、賓館、休閑娛樂場所、學校、高鐵、飛機、汽車等，可實現(xiàn)自動高效滅病毒、抗菌抑菌，大大減少交叉感染風險，開啟康護紡織新時代。”

從單層氧化石墨烯到石墨烯多功能復合纖維，到石墨烯電熱膜、石墨烯導熱膜，再到烯鳳凰品牌系列產(chǎn)品，從各類貼身衣物如內(nèi)衣、塑身衣、瑜伽服等到多功能襪、鞋及遠紅外光灸毯等，高烯科技向業(yè)界形象地展示了如何將產(chǎn)學研用深度融合，如何讓石墨烯走進千家萬戶，如何用科技打造健康生活新方案。

積淀至上實力 獲得IGCC認證

“實際上，原位聚合工藝從實驗室走向生產(chǎn)、走向市場，是一條荊棘之路，我們不斷改進工藝才有了今天成熟的產(chǎn)品。從原料角度出發(fā)，我們擁有目前全球首條氧化石墨烯生產(chǎn)線，能夠生產(chǎn)單層率達99%的石墨烯漿料，僅需千分之一的添加量就能實現(xiàn)諸多功能，且不會對纖維的觸感、強度、韌性等性質(zhì)造成不利影響。從技術(shù)層面來講，原位聚合不同于普通的混合、摻雜，在使用過程中，石墨烯不會從纖維中脫離流失，保證了產(chǎn)品功能的持久性和本身、安全性及環(huán)境友好性。”韓燚對公司的核心原料--單層氧化石墨烯、相關(guān)技術(shù)及纖維產(chǎn)品充滿信心。

信心來源于實力。真假石墨烯需要通過第三方認證得以辨別，國際石墨烯產(chǎn)品認證中心（International Graphene Product Certification Center,，簡稱IGCC)是目前國際石墨烯行業(yè)唯一的權(quán)威獨立第三方認證機構(gòu)。認證過程中，IGCC專業(yè)技術(shù)人員直接在生產(chǎn)現(xiàn)場隨機取樣、嚴格封存、匿名送檢，按照國際標準中公認的石墨烯術(shù)語內(nèi)涵給出認證結(jié)果。樣品通過檢測后，還要委派專家不定時到生產(chǎn)現(xiàn)場檢查質(zhì)量保證體系品控流程，確保批量生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)與送檢樣品質(zhì)量的一致性，才能最終通過認證。

高烯科技總經(jīng)理汪洋特別提到，高烯科技擁有單層氧化石墨烯從源頭到終端產(chǎn)品的核心技術(shù)及裝備的自主知識產(chǎn)權(quán)，且是目前全球首個獲得IGCC單層氧化石墨烯產(chǎn)品認證的企業(yè)，被數(shù)十個國家和地區(qū)的科研機構(gòu)作為試劑級產(chǎn)品用于大量嚴謹?shù)目茖W研究。高烯科技以自產(chǎn)單層氧化石墨烯為核心原料，通過原位聚合及熔融紡絲制得的石墨烯多功能復合纖維，也是目前全球首個通過IGCC認證的單層氧化石墨烯改性功能纖維。可見目前中國在石墨烯原創(chuàng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)方面正處于領(lǐng)跑者地位。由于單層氧化石墨烯全自動生產(chǎn)線的數(shù)十道關(guān)鍵工序均可量化，使其品質(zhì)非常穩(wěn)定，有了高品質(zhì)石墨烯原料的穩(wěn)定供應，石墨烯科學研究及下游應用產(chǎn)品開發(fā)便有了保障，可進一步助力石墨烯產(chǎn)業(yè)步入健康有序的高質(zhì)量發(fā)展軌道。

十年磨一線，高烯科技付出了艱辛，亦收獲了碩果。未來，高烯科技將目光投向了更廣闊的時空。汪洋表示，目前公司正在規(guī)劃建設百噸級生產(chǎn)線，力求通過產(chǎn)能擴大降低生產(chǎn)成本，并計劃通過8-10年的時間，讓高烯石墨烯多功能復合纖維成為纖維領(lǐng)域的標配，讓自帶康護功能的終端紡織品走入尋常百姓家。未來高烯科技將結(jié)合“1+N”的戰(zhàn)略規(guī)劃：以單層氧化石墨烯原料為核心，以產(chǎn)業(yè)鏈合作為紐帶，逐漸實現(xiàn)纖維、發(fā)熱導熱膜、烯鳳凰品牌系列等應用產(chǎn)品的規(guī)模制備。不忘初心，一步一個腳印，擁抱石墨烯的星辰大海！