石墨烯具有无限广阔的应用前景,虽然现在还是潜在阶段,普遍应用与产业化还没有打开局面,但是从科学预测的角度来看,已经成为不可忽视的重点领域

石墨烯具有无限广阔的应用前景,虽然现在还是潜在阶段,普遍应用与产业化还没有打开局面,但是从科学预测的角度来看,已经成为不可忽视的重点领域。比如,它可替代和解决传统锂电池充电速度慢、蓄电能力差、寿命短、污染等弊端,可解决电动汽车发展的关键难题,使新能源电动汽车蓬勃发展。再比如可以替代硅,制造未来新一代超级计算机;替代ITO透明导电薄膜,应用于触摸屏、柔性显示、太阳能电池等电子工业领域;还可应用于海水淡化、可降解塑料、散热膜、防腐涂层、生物材料、复合材料、平板电脑、手表日历、移动电话、光电探测器、石墨烯纸、石墨烯布以及航天军工、超轻防弹衣、超薄超轻飞机、超薄折叠手机、甚至有想象力的天空电梯等。石墨烯创造的需求,极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。从全球发展趋势来看,谁都不愿意丧失石墨烯发展带来的重大机遇。

石墨烯是未来高技术产业竞争的战略制高点

近年来,特别是2007年后,无论是石墨烯研究、论文发表以及研发与产业化,在中国和世界都进入了快速增长期。论文和专利年增幅都超过70%,特别是2009年—2012年,国际专利申请量增幅100%以上,迄今为止全球发表论文已超过3.4万篇,仅2013年就超过1万篇。全球专利申请超过4000件。值得一提的是,近几年我国在石墨烯领域发表的论文和专利申请,都居世界第一。截止到2012年底,我国共发表国际论文6308篇,美国排第二位,发表5709篇。我国论文引频次数共90403次,而美国论文被引频次数达132991次。我国申请专利1471件,美国申请专利1130件。说明我国在石墨烯领域的科技基础积累、研发以及高技术发展方面已具有一定的实力。

石墨烯是世界高技术发展的战略制高点,引起世界各国的高度关注,尤其是在研发方面竞争激烈。2008年—2010年,欧盟发布了石墨烯基纳米电子器件项目,并于2013年宣布将石墨烯列入“未来新兴旗舰技术项目”,将在今后10年研发资助10亿欧元,将石墨烯发展提升至战略高度。英国政府也重视石墨烯研究,在曼彻斯特大学建立国家石墨烯研究所,推进石墨烯材料的商业化进程。2011年,英国政府在《促进增长的创新与发展战略》中把石墨烯作为国家今后四个重点发展方向之一。投入5000万英镑支持石墨烯研发和商业化应用研究。同年,英国自然科学研究院委员会、英国技术战略委员会投入约1000万英镑,建立一个以新兴技术探索和市场开发为核心的创新中心,致力于石墨烯技术的探索、开发及应用。2012年底,英国政府又追加2150万英镑资助石墨烯的商业化探索研究。韩国政府投入研发费用14亿美元,把石墨烯材料及产品定为未来革新产业之一。2007年—2009年,韩国教育科学部门累计资助了90个相关项目,经费1870万美元。2012年—2018年,韩国原知识经济部预计将向石墨烯提供2.5亿美元的资助,1.24亿美元用于技术研发,其余用作商业化研究。2013年,韩国产业通商资源部宣布在未来6年内,投入4230万美元,帮助企业实现石墨烯的应用产品和相关技术商业化。2006年—2011年,美国国家自然科学基金(NSF)关于石墨烯的资助项目有200项,包括石墨烯超级电容器应用、石墨烯连续和大规模纳米制造等项目。2008年,美国国防部高级研究计划署(DARPA)投资2200万美元研发超高速和低耗能的石墨烯晶体管。同时,至少有10多家公司在研发与产业化方面取得了新的拓展。日本学术振兴机构(JST)从2007年起开始对石墨烯硅材料、器件的技术进行资助。德国于2009年由科学基金会(DFG)开展石墨烯新兴前沿研究项目。

各国政府纷纷重视和关注石墨烯的同时,企业也敏锐地抓住时机,表现出对石墨烯的极大兴趣,投入到石墨烯研发和产业化的竞争中。美国在纳米电子器件、高频电子器件方面研发力度大,已研发出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板,大大降低制造透明可变形太阳能电池的成本,可广泛用于石墨烯夜视镜、相机等小型数码设备。加州大学伯克利分校研制出石墨调制器,可实现超快数据通讯。美国沃贝克材料公司推出导电油墨,性能好,价格低,并得到美国环保署批准。美国辉锐科技公司研发并制造出大面积柔性触控屏。IBM、三星公司重点研发在高速晶体管上的应用。三星、诺基亚重点研发石墨烯在柔性显示方面的应用。美国卡博特公司、韩国浦项公司在石墨烯电容器、电池方面取得重要进展。韩国三星不久前宣称将石墨烯成功应用于触摸平板显示器,制造出多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏,可广泛应用于移动设备。索尼公司成功合成大面积长120米、宽230米石墨烯薄膜。IBM、巴斯夫和索尼等均投入巨额资金,化工医药巨头拜耳、飞机发动机巨头英国罗罗公司也加强了对石墨烯的研发,力图迅速占领石墨烯产业的制高点。

我国石墨烯研发和产业化的现状及政策建议

我国石墨烯领域研发起步较晚,但发展较快,有潜在优势和后发优势。2013年7月13日,中国石墨烯产业技术创新战略联盟成立。同时,江苏、浙江、深圳、上海、山东、福建、辽宁、重庆、黑龙江与中科院等机构以多种形式协同创新,纷纷建立了产业技术联盟,促进了创新资源优化组合和创新产业化进程。2013年中科院重庆研究院研制出15英寸的单层石墨烯。2013年2月,无锡格菲电子薄膜科技公司研发出石墨烯电容式融屏手机。常州第六元素公司年产100吨粉体,宁波墨西科技公司年产300吨石墨烯粉体。2013年5月,常州二维碳素科技公司、无锡格菲电子薄膜科技公司、深圳合力光电传感公司联合江南石墨烯研究院在常州投产3万平方米石墨烯薄膜生产线。常州二维碳素科技公司研究出手机电容式触摸屏,盐城纳新天地科技有限公司2013年在盐城建设石墨烯产业集群,率先研究成功单层石墨烯改性材料,并与南车集团合作用于高铁。深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司、无锡和青岛产业基地、中科院纳米中心、中科院微系统所、清华大学、华东理工大学、北京化工大学等都在石墨烯研发与产业化上做了大量的攻关,力求取得突破性的进展。

[责任编辑:赵卓然]

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