发布机构: 发布日期: 2022-03-23 08:33:03

李克训:加强碳基电磁防护材料应用研究,助推绿色低碳产业技术融合发展

为携手应对全球气候变化,合力保护人类共同家园,实现“碳达峰、碳中和”成为了新时期全球越来越广泛的共识。中国相继发布了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》(以下简称《意见》)和《2030年前碳达峰行动方案》(以下简称《行动方案》)。《意见》中明确提出推动产业结构优化升级、坚决遏制高耗能高排放项目盲目发展、大力发展绿色低碳产业等重要举措,指出加快发展新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等战略性新兴产业;建设绿色制造体系;推动互联网、大数据、人工智能、第五代移动通信(5G)等新兴技术与绿色低碳产业深度融合。在该《意见》和《行动方案》的指引下,本文重点围绕新型碳基电磁防护材料技术,结合山西省和国内外形势,就其必要性与发展建议阐述如下。

一、碳基新材料是提高化石能源碳利用率及其附加值的有效途径之一

众所周知,传统化石能源是碳排放的最主要来源,在传统化石能源消耗过程中,由于碳利用率低,使其与氧结合形成二氧化碳,进而排入到大气,导致温室气体增加,最终影响全球气候变化。因此在碳减排过程中,除了目前应用较为广泛的利用新型清洁能源和开发捕集处理二氧化碳技术外,提高碳利用率,将其制成高附加值产品,而不仅仅是用于燃烧消耗,也是解决“碳达峰、碳中和”的有效途径之一。在此技术中,基于化石能源的碳基新材料开发是主要研究方向,伴随信息时代的到来,电子器件、装备、系统等对电磁防护材料的发展提出了明确的应用需求,而碳基新材料恰恰很好地迎合了这一典型需求且具有明显优势。于是,碳基电磁防护材料技术受到国内外科技工作者广泛关注和国家与地方政府的高度重视。

二、碳基材料及其电磁防护应用成为研究热点和产业焦点

现有电磁防护材料中,炭黑、石墨、碳纤维等碳材料已被证实具备显著应用优势。此外碳纳米管、石墨烯类碳纳米材料和高性能碳纤维等先进碳材料近年来也在电磁屏蔽、电磁吸收、高导热等领域显示出了显著优势,并一度成为全球研究热点。目前国际上,对碳纳米管和石墨烯从概念提出到结构表征、理论分析已经有了扎实的技术积累;国内围绕碳纳米管、石墨烯的研究也已达到较高水平,并已有多家生产型企业实现了这些材料产品的产业化和系列化发展。这无疑将有助于推动碳纳米管、石墨烯等碳材料在电磁防护技术领域的广泛应用。我国在碳纳米材料的基础研究方面,按学术论文统计,已处于领先地位。清华大学、北京大学、浙江大学、中科院系统等院校,分别涌现出国际知名科学家和多位碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料领域的院士和知名学者。此外,“碳基材料”和“电磁屏蔽”也已被广东、江苏、山东、浙江等多个经济发达省份列入“十四五”发展规划。中科院苏州纳米所、宁波材料所、深圳先进电子材料院、东莞松山湖材料实验室以及一些重点高校,分别开展了碳材料的电磁屏蔽或电磁吸波研究。虽然,从论文发表到实际应用尚存在一定距离,但由于其先进的仪器设备、超前的理念和人才积聚效应,其产业化发展趋势明显,且速度不容忽视。山西省亦提出打造“碳基新材料”技术产业集群的“十四五”技术和产业规划。结合山西产业布局和电磁防护行业优势,将碳基新材料用于电磁防护的研究与开发,有望成为碳基新材料产业集群的重要组成。

三、碳基新材料战略新兴产业电磁防护板块发展建议

山西省具备打造碳基新材料战略新兴产业电磁防护板块的优势条件,有望建成国内一流的先进碳基电磁防护材料研发生产基地,将电磁防护新技术与绿色低碳产业深度融合可以有效助力山西转型发展。因此面对新一代信息基础设施建设典型应用需求,布局和开展新型碳基电磁防护材料理论探索、结构设计、专用工艺和关键技术等方面的研究,成为了目前碳基新材料战略新兴产业电磁防护板块的核心。基于此本文就碳基新材料战略新兴产业电磁防护板块的发展提出自己的观点和建议:

(1)结合高校院所基础研究和应用研究的优势,组建联合研发团队,注重人员学科、领域交叉,布局碳纳米管、石墨烯、多孔碳等碳材料的重大基础研究、关键应用研究和重大工程应用以及相关标准体系等。

(2)结合新一代信息基础设施电磁防护工程应用,深入开展碳纳米管、石墨烯、多孔碳等碳材料在电磁吸收、屏蔽、热控等方面的工程化应用研究以及评估验证。切实提高碳纳米管、石墨烯、多孔碳等碳材料的微观结构控制技术水平,缩小其实测性能指标与理论计算之间的差距,研制出具有优异指标的先进碳基电磁防护材料,推动产业化应用。

(3)依托于山西省煤炭行业和碳材料产业发展基础,着重开展研发用于电磁防护的系列化碳基新材料,提高碳的利用率和固碳产率,进行不同类型的高性能新型碳基电磁防护材料产品研发与应用,形成山西省碳基新材料战略新兴产业电磁防护板块的发展优势。

供稿人:李克训  电磁防护材料及技术山西省重点实验室  高级工程师


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