2004年，兩位俄裔英籍科學家將石墨烯成功從石墨中分離。石墨烯集合世界上最優(yōu)質的各種材料品質于一身，如果說20世紀是硅的世紀，神奇的石墨烯則是21世紀新材料的寵兒。
石墨烯用途非常廣泛，是一種被科學家寄于厚望的新型材料。在制造業(yè)，它不僅被運用在半導體芯片、光子傳感器、太陽能電池等領域，而且在柔性觸摸屏方面上，石墨烯也有相當大的用途。
日前，一種可以隨意卷曲也不會影響使用效果的觸摸屏在重慶研制成功。中科院重慶綠色智能技術研究院表示，他們已經實現(xiàn)了15英寸單層石墨烯的制備，并成功地將石墨烯透明電極應用于電阻觸摸屏上，制備出7英寸石墨烯觸摸屏。該研究院微納制造與系統(tǒng)集成研究中心副主任史浩飛表示，目前該技術在國內居于領先地位。
據了解，觸摸屏是目前最簡單、自然的一種人機交互方式，賦予了多媒體嶄新的面貌。透明電極作為觸摸屏的核心組成部分，成為當前的重要研究領域之一。目前，市場上的主導產品采用的材料為氧化銦錫，不僅價格高，而且易碎。新興的石墨烯觸摸屏，具有原材料獲取方便、制造成本低、制備工藝簡單、低碳環(huán)保等優(yōu)勢，優(yōu)異的柔韌性更使其具有強大的市場競爭力。
史浩飛表示，廣州、深圳等地的風投機構已對石墨烯產生了濃厚的興趣，正在與中科院重慶研究院洽談合作。研究人員也正積極進行產業(yè)化的設備改造，預計年內達到批量生產的能力。2015年后，市場上有望見到能夠卷曲的觸摸屏產品。
石墨烯產業(yè)有望形成萬億產值
石墨烯，2004年首次從石墨中分離得出，是目前世界上已知的最薄的材料，幾乎完全透明，具有良好的導熱、導電性能。
為推動石墨烯產業(yè)化，中國石墨烯產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟日前在京成立。該聯(lián)盟由清華大學、中科院金屬研究所、北京現(xiàn)代華清材料科技發(fā)展中心等核心單位發(fā)起，聯(lián)合國內從事石墨烯研發(fā)、產業(yè)化的22家法人機構。聯(lián)盟成員包括6所高校、4家中科院研究所、17家企業(yè)，基本囊括了國內石墨烯研發(fā)及產業(yè)化的主流單位。
作為一種新型的納米材料，石墨烯以其獨特的結構、力學和電子性質，在藥物投遞、腫瘤治療等生物納米技術領域有著廣泛的應用前景。它是目前人類已知強度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導電性最佳的材料。
分析認為，首先，石墨烯如果取代硅，有望讓計算機處理器的運行速度快數百倍。其次，石墨烯有望引發(fā)觸摸屏和顯示器產品的革命，制造出可折疊、伸縮的顯示器件。再其次，石墨烯可以推動超級電容器發(fā)展，使得同等體積的電容擴充5倍以上的容量。此外，石墨烯因超強的光轉換能力，可制成性能更好的激光器。石墨烯因其超出鋼鐵數十倍的強度，也有望被用于制造紙片般薄的超輕型飛機材料、超堅韌的防彈衣和“太空電梯”的纜線，在這些領域將引發(fā)革命性的突破。
作為一種技術含量極高的碳材料，石墨烯在觸控屏、半導體、光伏、鋰電池、光器件、航天、軍工、LED、激光等領域都將帶來一次材料革命。由于售價高昂，石墨烯目前尚未產業(yè)化。有分析認為，作為一種理想的替代型材料，石墨烯一旦實現(xiàn)產業(yè)化其產值至少在萬億以上。
中國產業(yè)優(yōu)勢明顯
中國具有發(fā)展石墨烯產業(yè)得天獨厚的條件。數據顯示，我國石墨礦儲量占世界總儲量的75%，生產量占世界總產量的72%，是我國少有的幾種具有國際競爭優(yōu)勢的礦產之一。
論壇上，各科研單位專家和企業(yè)代表認為，石墨烯在我國的應用前景十分廣闊，現(xiàn)在行業(yè)正處于從技術向商業(yè)演變的關鍵時期。但從實際情況來看，成本和工藝問題的存在使得石墨烯短期內無法形成真正的商業(yè)規(guī)模，在應用領域來看，鋰電池和環(huán)保涂層材料有望是國內石墨烯應用領域未來的一大突破口。
石墨烯的制成需要有尖端的制備工藝，目前業(yè)內主要有四種制備方法，分別是機械剝離法、外延生長法、氧化石墨還原法和氣相沉積法(CVD)。前三種的原材料均為石墨，CVD法原材料則為甲烷居多。由于制造成本相對較低，目前業(yè)內多采用機械剝離法和氧化石墨還原法制造石墨烯。
中科院寧波材料所石墨烯研究團隊研究員周旭峰表示，目前國內對石墨烯的應用前景頗為看好，多個領域都準備躍躍欲試。但從實際情況來看，制造工藝不穩(wěn)定和成本居高不下，仍是石墨烯走向產業(yè)化最需要解決的問題，從制造工藝來看，目前業(yè)內的四種方法均有各自的優(yōu)勢和缺陷，產業(yè)技術路徑仍在探討之中。周旭峰認為，由于產業(yè)鏈相對較短，環(huán)保和儲能領域有望成為率先實現(xiàn)石墨烯商用。
在相關政策扶持方面，工信部原材料司副司長高云虎表示，在編制新材料產業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃的時候，石墨烯還沒有目前這樣熱門，產業(yè)應用前景也并不明朗，因此在規(guī)劃文本、產品目錄中沒有把石墨烯作為主要重點，但隨著技術和應用的突破，下一步會統(tǒng)籌研究并予以考慮。
產業(yè)化難題待破
業(yè)內專家指出，石墨烯目前整體主要還處在研發(fā)階段，制備石墨烯的技術工藝還不太成熟，而且成品面積相對較小，不能適應工業(yè)化應用。各國對于這個新興材料還處于一個專利布局期，整個產業(yè)鏈也還沒有形成。我國在石墨烯基礎研究方面已經十分突出。
有關研究顯示，截至2012年底，我國發(fā)表的石墨烯論文數量已經超過美國，名列世界首位，而且部分團隊的研究成果受到了世界各國的高度重視，被引用達數千次之多。飛速發(fā)展的還有我國的石墨烯專利數量，無論從專利受理數量，還是優(yōu)先權專利數量來看，我國都是僅次于美國的世界第二大國。這意味著，一方面我國企業(yè)高度重視石墨烯技術開發(fā)并積極申請專利保護，另一方面也表明世界其他國家對我國石墨烯市場相當關注。
然而，在石墨烯產業(yè)化道路上存在諸多現(xiàn)實問題，一方面尚未具備規(guī)?；a能力，產品成本高;另一方面石墨烯還未真正形成下游的應用和需求。因此現(xiàn)在既要盡可能降低成本實現(xiàn)規(guī)?；a，又要盡快在產業(yè)化應用上實現(xiàn)突破。目前進行石墨烯研究的主要是高校院所等研究單位和少數中小企業(yè)，研究力量比較分散，要盡快實現(xiàn)石墨烯產業(yè)化，必須通過技術創(chuàng)新和產學研協(xié)作，建立一條完整的涵蓋石墨烯研發(fā)、規(guī)模化身材干旱、下游應用等全產業(yè)鏈環(huán)節(jié)的技術路線和公共科技服務平臺和測試平臺，通過全行業(yè)的共同努力，共同突破關鍵的技術難題以及在應用領域實現(xiàn)突破，并不斷提高技術水平和管理水平。
石墨烯產業(yè)聯(lián)盟的組建宗旨是為了整合協(xié)調產業(yè)資源;以推進低成本石墨烯及裝備的技術進步和產業(yè)化為目標，建立上下游、產學研信息、知識產權等資源共享機制;建立與政府溝通的渠道及人才培養(yǎng)、國際合作的平臺;推動標準、評價、質量檢測體系的建立，促進成員單位的自身發(fā)展，提升低成本石墨烯的整體競爭力，從而達到推動石墨烯產業(yè)發(fā)展的目的。
石墨烯作為ITO導電膜的替代性材料曾被觸摸屏行業(yè)高度關注。石墨烯技術可以使得顯示屏具有柔性，但由于手機等智能終端的產業(yè)鏈太長，產品的成形需要電路板、機身材料等整個供應鏈的配合。理論上講這些東西在實驗室內已經可以實現(xiàn)，但要商用還需要一定的時間，不僅因為成本離譜，良率問題也很不樂觀。業(yè)內人士表示，三星電子前期在這方面投入了大量的研發(fā)資源，原計劃在今年要推出一款類似的概念。
石墨烯離產業(yè)化還有多遠?
“一年之前，我不敢說我的單層石墨烯已經規(guī)?；a，但現(xiàn)在敢說了。”上海交通大學郭守武教授在臺下對記者如是說。
就在之前半小時，郭教授團隊實驗成果在臺上展示PPT時，受到了臺下企業(yè)界的追問，“我要5公斤，你能給我嗎?”“簽了合同，幾天就能給你。”“價格多少?”“我成本是0.5元/克，但這是郭老師幾年心血，他肯定不會以這個價賣給你。”
在國際上，單層石墨烯售價是2000元/克。
同樣是石墨烯制備者，中科院寧波材料所劉兆平受到同行的追問，“你9塊錢太貴了，你能做到1元/克嗎?”“當然可以。”“一兩毛錢呢?”“這是商業(yè)秘密。”
劉兆平團隊多層石墨烯(比單層制備更容易，成本更低)技術已經賣給了華南家族控股股東南江集團的兄弟單位。據悉，該技術產業(yè)化項目預計于11月投產，是全球首條30噸石墨烯生產線。
對于該項目產業(yè)化前景，劉兆平稱“關鍵看下游。”
中科院金屬所與金路集團簽訂了技術合作協(xié)議。該項目負責人任文才告訴記者，去年該項目已經完成了中試，隨時可以工業(yè)化，“關鍵看下游市場。”
石墨烯下游應用廣泛，如鋰電池、涂料、LED等。下游應用市場若沒有成熟，制備就難以量產。一家深圳公司2010年就開始賣石墨烯，但苦于應用市場沒有起來，銷量一直做不起來。
不過，石墨烯下游應用在部分領域可能率先突破。南京科孚納米技術有限公司蕭小月總經理透露，一位做散熱復合材料的海外客戶已經提出計劃，希望逐月實現(xiàn)每月四噸的供貨需求。
劉兆平認為，鋰電池、LED將有望成為國內最先利用石墨烯的下游行業(yè)。
不過，北京一企業(yè)試用了多家科研單位試驗室石墨烯產品，他認為，上游石墨烯品質并不穩(wěn)定。
石墨烯產業(yè)鏈雖然沒有成熟，但投資熱潮已經顯現(xiàn)，劉兆平作為較早掌握該技術的科研人員對此感觸很深，他用“太狂熱了”來形容。
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