滨州日报/滨州网讯在位于邹平市的山东大展纳米材料有限公司(以下简称大展纳米)高度洁净的车间内,一炉特殊的“黑金”正在生成。这不是普通的化工生产,而是在微观世界里,一场关于材料性能极限的精密“编织”。通过优化化学气相沉积工艺,数万亿根碳纳米管如同训练有素的士兵,在催化剂基底上垂直、有序地生长,形成一片高深宽比的“纳米森林”。
日前,由山东大展纳米材料有限公司自主研发的“电磁屏蔽用阵列碳纳米管制备技术及产业化”项目,成功获评2025年度滨州市科技创新成果二等。该项目不仅实现了这一前沿材料的规模化、低成本制备,综合技术指标达到国际先进水平,更标志着滨州在新材料领域攻克了一项关键的“卡脖子”技术,为我国5G通信、航空航天等高端产业的自主安全提供了坚实的材料基座。
从“实验室珍品”到“工业粮草”,十年磨一剑的产业化突围
碳纳米管自被发现以来,以其超凡的导电、导热和力学性能被誉为“新材料之王”。其中,结构高度有序的阵列碳纳米管,在电磁屏蔽、热管理等尖端应用上潜力巨大。然而,其规模化制备一直是世界性难题,核心技术长期被国外垄断。
“过去,高品质的阵列碳纳米管价格堪比黄金,且供应受制于人,严重制约了我国相关下游产业的发展。”大展纳米董事长李岩坦言。
突围之路,始于最基础的催化剂制备。项目团队创造性地引入微通道反应器技术,用于合成制备阵列碳纳米管所需的片层催化剂。“这就像为化学反应修建了微型高速公路。”大展纳米研发总监王莲莲解释,传统方法混合不均、批次不稳定,而微通道反应器能实现物料瞬间、极致均匀的混合,制备出的催化剂尺寸均一、活性极高,为后续生长出高品质、大批次的“纳米森林”打下了最稳固的地基。
有了优异的“种子”,如何在“大地”上规模化成林?团队将目光投向了流化床反应器的深度优化。通过对大直径流化床内部流动和反应机理的模拟分析,他们精确调控碳源气体浓度、流速、温度等几十种参数,如同为碳纳米管的生长创造了最适宜的“气候”与“土壤”,最终实现了高品质阵列碳纳米管的连续化、低成本稳定生产,年产能超过3000吨,产能规模跻身全球前列。
全链条自主创新,攻克阵列碳纳米管“卡脖子”技术
实现规模化制备,仅是第一步。如何让这些细如发丝万分之一、极易团聚的纳米材料,在复合材料中“乖乖听话”、充分发挥性能,是另一个巨大挑战。
团队自主开发了基于狄尔斯-阿尔德反应的绿色改性技术,并配套专用分散装备。这项技术就像给碳纳米管表面穿上了一层量身定制的“有机外衣”,极大提升了其与塑料等高分子基体的相容性与分散均匀性。
“我们摒弃了传统强酸纯化等有污染的方法,整个过程更环保,成本仅为国外同类技术的40%。”大展纳米技术总监耿磊介绍。由此制备的碳纳米管导电母粒,成为下游制造企业能直接使用的“工业粮草”。
从催化剂制备、阵列生长到改性分散,项目构建了覆盖“制备-改性-应用”的完整自主技术链条。截至目前,该项目已申请国内外发明专利17项,其中授权8项,形成严密的技术壁垒。经权威鉴定,项目产品关键指标——比表面积、电阻率、屏蔽效能等均达到国际先进水平,成功填补国内空白。
赋能5G时代,滨州“智”造守护中国电磁安全
技术的价值,最终在广阔的市场中得以彰显。随着5G、人工智能、物联网技术的爆发,电子设备集成度越来越高,电磁干扰(EMI)问题日益凸显,高性能电磁屏蔽材料成为刚需。大展纳米的阵列碳纳米管材料,正是解决这一痛点的“利器”。
“使用大展纳米的碳纳米管母粒后,我们生产的特种工程塑料屏蔽效能提升了约30%,而材料密度还有所降低,非常符合电子产品轻量化、高性能的趋势。”一家国内领先的通讯设备结构件制造商技术负责人表示。目前,项目产品已广泛应用于5G基站天线罩、新能源汽车电池管理系统、高端消费电子外壳等领域,为这些产品穿上了自主可控的“隐形电磁护甲”。
强劲的市场需求带动了显著的效益。近三年来,该项目累计实现销售收入3.34亿元,利税超3500万元。更为深远的是,它成功带动了一条新材料产业链的升级,促进了山东省内从上游原材料到下游高端制造的应用闭环,为区域产业转型与高质量发展注入了强劲动能。
从实验室的微观图谱到生产线的流动轰鸣,再到赋能千行百业的终端产品,滨州这片土地上生长出的“纳米森林”,正以强大的科技力量,悄然重塑着中国高端制造的肌理与安全边界。