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| 全球涌動(dòng)石墨烯熱潮 產(chǎn)業(yè)前景十分誘人 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-02-27 09:01:49 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）石墨烯是單原子層的二維晶體材料，也是結構最為簡(jiǎn)單的碳材料。常見(jiàn)的石墨材料可以看作由石墨烯層層堆疊而成，因此石墨烯也被視作 “單層石墨”。被譽(yù)為“21世紀神奇材料”的石墨烯是目前已知的世上最薄、最堅硬、室溫下導電性最好而且擁有強大靈活性的納米材料：它可以薄到只有一個(gè)碳原子的厚度，1毫米厚的石墨薄片中能剝離出300萬(wàn)層石墨烯;它很硬，其強度比鋼還要高200倍;在室溫下，電阻率最低的物質(zhì)是銀，而石墨烯的電阻率比銀還小;它透明而不透氣……種種特性使石墨烯未來(lái)在觸摸屏、傳感器、蓄電池等諸多領(lǐng)域的應用充滿(mǎn)想象。
2014年底，西班牙石墨烯公司同科爾多瓦大學(xué)合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，其儲電量是目前市場(chǎng)最好產(chǎn)品的3倍，用此電池提供電力的電動(dòng)車(chē)最多能行駛1000公里，而其充電時(shí)間不到8分鐘。該公司已與德國四大汽車(chē)公司中的兩家進(jìn)行聯(lián)合測試，計劃在2015年將該電池投入生產(chǎn)。
2014年10月，美國麻省理工學(xué)院研究人員發(fā)現，揉皺的石墨烯紙可用于制備易彎曲、折疊或拉伸到其原始大小800%的超級電容器，且揉皺—平復1000次其性能也不發(fā)生明顯降低。
科學(xué)家預計，未來(lái)5到10年里，石墨烯研究會(huì )有很大發(fā)展，首個(gè)石墨烯觸摸屏將在三五年內上市，石墨烯電子紙樣品2015年可以研發(fā)成功，超薄超輕型飛機、超薄可折疊手機、高強度航空材料，甚至更富想象力的太空電梯等未來(lái)設備將在相關(guān)領(lǐng)域引發(fā)革命性突破，并帶動(dòng)價(jià)值數萬(wàn)億美元的新興產(chǎn)業(yè)鏈。
目前，石墨烯原材料石墨的市場(chǎng)售價(jià)約為3000元/噸，而提煉成石墨烯后，石墨烯的市場(chǎng)售價(jià)高達100萬(wàn)元/噸。隨著(zhù)批量化生產(chǎn)和大尺寸難題逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化步伐正在加快，國內外相關(guān)機構的科研投入力度也在上升，市場(chǎng)關(guān)注度隨之升溫。
中國：發(fā)展迅速，基礎與應用研究并行
中國是目前石墨烯研究和應用開(kāi)發(fā)最為活躍的國家之一。數據顯示，在所有國家中，中國申請的石墨烯專(zhuān)利數量最多，已超過(guò)2200項，占全世界的1/3。2013年工信部發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規劃》中的前沿新材料中就包含石墨烯。國家自然科學(xué)基金委資助了大量有關(guān)石墨烯的基礎研究項目，國家科技重大專(zhuān)項、國家973計劃也部署了一批重大項目。各級政府對石墨烯表現出極大的興趣，已經(jīng)初步形成了政府、科研機構、研發(fā)和應用企業(yè)協(xié)同創(chuàng )新的官產(chǎn)學(xué)研合作對接機制。2011年10月，江蘇常州成立了江南石墨烯研究院，為國內首個(gè)基于石墨烯材料及應用的產(chǎn)業(yè)化基地。
中國目前已經(jīng)走在了石墨烯產(chǎn)業(yè)化的前列，涌現出了一大批石墨烯相關(guān)企業(yè)，產(chǎn)業(yè)方向集中在石墨烯的制備以及儲能、觸摸屏和涂層等幾個(gè)應用領(lǐng)域?？茖W(xué)家也已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一系列石墨烯基儲能材料，如石墨烯基高密度多孔碳材料，為促進(jìn)石墨烯的實(shí)際應用鋪平了道路。2013年7月，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新戰略聯(lián)盟在北京成立。聯(lián)盟的成立有助于整合協(xié)調產(chǎn)業(yè)資源，建立上下游、產(chǎn)學(xué)研信息、知識產(chǎn)權等資源共享機制，提升石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈的整體創(chuàng )新水平和競爭力。
美國：實(shí)力雄厚，科研與產(chǎn)業(yè)并駕齊驅
美國作為科技強國，研發(fā)實(shí)力強，對石墨烯的研究投入開(kāi)始較早，投入力度也相對較大。美國國防部高級研究計劃署2008年7月就發(fā)布了總投資2200萬(wàn)美元的碳電子射頻應用項目，旨在開(kāi)發(fā)超高速和超低能量應用的石墨烯基射頻電路。2006年—2011年間，美國國家自然科學(xué)基金關(guān)于石墨烯的資助項目有200項左右，涵蓋了石墨烯研究和應用的各個(gè)領(lǐng)域。2014年，國家自然科學(xué)基金投入1800萬(wàn)美元、美國空軍科研辦公室投入1000萬(wàn)美元對石墨烯及相關(guān)的二維材料開(kāi)展基礎研究。
美國良好的創(chuàng )業(yè)環(huán)境也促使了眾多小型石墨烯企業(yè)的誕生，產(chǎn)業(yè)化和應用進(jìn)程相對較快。美國具有眾多研發(fā)實(shí)力強勁的大型企業(yè)，如國際商業(yè)機器公司(IBM)、英特爾、波音等投入大量的科研力量進(jìn)行石墨烯的研發(fā)。2012年，美國IBM公司成功研制出首款由石墨烯圓片制成的集成電路，使石墨烯特殊的電學(xué)性能彰顯出應用前景，預示著(zhù)未來(lái)可用石墨烯圓片來(lái)替代硅晶片。2014年10月，IBM研究人員發(fā)現石墨烯材料能大幅降低藍光LED成本，而這種技術(shù)有機會(huì )催生高頻晶體管、光探測器、生物傳感器以及其他“后硅時(shí)代”組件，為此，該公司計劃未來(lái)5年內投入30億美元研究下一代芯片技術(shù)。
歐盟：聯(lián)合研發(fā)，積極搶占戰略制高點(diǎn)
歐盟近年來(lái)對石墨烯的研發(fā)也投入較大。截至2011年，歐盟總共投入了約1.5億歐元推動(dòng)石墨烯的相關(guān)研發(fā)。歐盟現有50余家公司在開(kāi)展石墨烯的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化以及應用的推進(jìn)。除了政府推動(dòng)的學(xué)術(shù)研究，許多工業(yè)巨頭，如巴斯夫及拜耳公司等，也投入了相當的人力和財力加強對石墨烯相關(guān)應用的研發(fā)。
2013年1月，歐盟委員會(huì )更是將石墨烯列為“未來(lái)新興技術(shù)旗艦項目”之一，計劃10年內提供10億歐元資助，將石墨烯研究提升至戰略高度，旨在把石墨烯和其他二維材料從實(shí)驗室推向社會(huì )，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)革命和經(jīng)濟增長(cháng)，創(chuàng )造就業(yè)機會(huì )。該項目由瑞典查爾姆斯理工大學(xué)牽頭、歐盟15個(gè)成員國的100多個(gè)研發(fā)團隊組成，其中包括4名諾貝爾獎得主。
作為歐盟的重要成員國，德國于2010年啟動(dòng)了石墨烯優(yōu)先研究計劃，包括38個(gè)研究項目，前3年預算經(jīng)費為1060萬(wàn)歐元;德國聯(lián)邦教研部也于當年投入了700萬(wàn)歐元資助相關(guān)研究，旨在加深對石墨烯性能的理解和操控，為新型石墨烯基電子產(chǎn)品奠定基礎。2012年10月，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家成功制成石墨烯光電探測器，石墨烯制成的光電探測器能非?？焖俚靥幚砗鸵龑Ч怆娦盘?。
韓國：重視專(zhuān)利，政府與企業(yè)合力發(fā)展
韓國石墨烯相關(guān)研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，這不但得益于韓國政府近年來(lái)不間斷的支持，也得益于本國大型公司的巨大投入。韓國原知識經(jīng)濟部預計2012至2018年間向石墨烯領(lǐng)域提供總額為2.5億美元的資助，其中1.24億美元用于石墨烯技術(shù)研發(fā)，1.26億美元用于石墨烯商業(yè)化應用研究。2013年，韓國產(chǎn)業(yè)通商資源部宣布整合韓國國內研究機構與企業(yè)力量推進(jìn)石墨烯商業(yè)化發(fā)展，包括韓國科學(xué)技術(shù)院在內的41家研究機構將與6家企業(yè)形成石墨烯聯(lián)盟，合作攻關(guān)，政府將在未來(lái)6年投入4230萬(wàn)美元，希望打造每年153億美元的市場(chǎng)，形成25家全球領(lǐng)先企業(yè)。韓國注重保護和申請石墨烯專(zhuān)利，專(zhuān)利量居全球第三，僅次于美國和中國，遠高于歐洲其他國家。
產(chǎn)業(yè)企業(yè)層面，韓國三星投入了巨大研發(fā)力量，保證了其在石墨烯應用于柔性顯示、觸摸屏以及芯片等領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位，在2011年研發(fā)出40英寸的石墨烯觸摸屏面板。2014年，三星先進(jìn)技術(shù)研究院與韓國成均館大學(xué)聯(lián)合宣布合成了一種能在更大尺度內保持導電性的石墨烯晶體，是一種可以用在柔性顯示屏和可穿戴設備上的屏幕顯示技術(shù)。韓國科學(xué)家也于去年11月宣布發(fā)明最新的石墨烯超級手機電池，可存儲與傳統電池等量的電量，但充電時(shí)間只需16秒。
日本：政府資助，眾多企業(yè)爭相參與
日本作為碳材料產(chǎn)業(yè)最發(fā)達的國家之一，從2007年起就對石墨烯的開(kāi)發(fā)進(jìn)行資助。例如：日本科學(xué)技術(shù)振興機構2007年就對石墨烯材料和器件的技術(shù)開(kāi)發(fā)項目進(jìn)行資助;經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省2011年實(shí)施的“低碳社會(huì )實(shí)現之超輕、高輕度創(chuàng )新融合材料”項目，重點(diǎn)支持了碳納米管和石墨烯的批量合成技術(shù)。
除了日本政府的相關(guān)投入外，日本眾多企業(yè)，如日立、索尼、東芝等投入了大量資金和人力從事石墨烯的基礎研究以及應用開(kāi)發(fā)，并取得了顯著(zhù)進(jìn)展。日本索尼公司2012年就研發(fā)出了可以生成長(cháng)度達120米的石墨烯的透明薄膜化學(xué)氣相生長(cháng)技術(shù)。
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