諾獎得主中國建“碳谷”：重點突破石墨烯觸摸屏

近日，廈門大學(xué)、英國BGT　Materials　Limited和福建輝銳材料科技有限公司正式簽署協(xié)議，三方將合作共建“石墨烯工業(yè)技術(shù)研究院”。旨在搶占科技制高點，以美國“硅谷”為目標，打造具有國際影響力的“碳谷”。

該研究院由廈門大學(xué)、英國藍石科技公司（BGT Materials Limited）、福建輝銳材料科技有限公司合作共建，并引進代表石墨烯領(lǐng)域世界最高技術(shù)水平的諾獎得主康斯坦丁·諾沃肖洛夫教授及一批國際一流的科研人才， 建立“國際頂級專家-優(yōu)勢高校-引領(lǐng)型企業(yè)-發(fā)達城市”多方協(xié)同的建設(shè)模式，推動形成以石墨烯為核心、涵蓋觸摸屏、儲能、機電和生物等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)集群。

英國曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫于2004年首次從實驗室中分離出石墨烯，并因此于2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。業(yè)內(nèi)普遍認為，石墨烯作為未來發(fā)展具有重大和決定意義的新材料，5～10年內(nèi)所帶來全球集群產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值保守估計超過1000億美元。

據(jù)介紹，石墨烯是由單層碳原子組成的二維材料，是迄今為止世界上已知材料中最薄、強度最大的材料。目前，研究院已將“20寸石墨烯柔性觸摸屏”的開發(fā)列入項目規(guī)劃。

什么是石墨烯？

報道稱，石墨烯是目前已知的硬度最高、最薄的材料。它由碳原子以特殊結(jié)構(gòu)排列而成，比其他任何材料都具備更好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性。更令人稱奇的是，它不僅是世界上最硬的材料，而且柔韌性也最強。

厚度只有一層碳原子的石墨烯被稱為“奇跡材料”。

石墨烯可以變革電子行業(yè)，催生靈活多變的設(shè)備、超動力的量子計算機、電子服裝及可與身體細胞交流的計算機。

雖然石墨烯早在10年前就被發(fā)現(xiàn)，然而它在2010年才真正獲得關(guān)注。兩名曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家因石墨烯實驗而獲得諾貝爾獎。最近，研究人員集中精力研究如何商業(yè)化生產(chǎn)石墨烯。

2012年，美國化學(xué)學(xué)會稱石墨烯的強度是鋼鐵的200倍，它如此輕薄，以至于1盎司的石墨烯可以覆蓋28個足球場。中國科學(xué)家曾合成石墨烯氣凝膠，密度只有空氣的1/6；一立方英寸（約16.39立方厘米）的石墨烯氣凝膠放在一片草葉上，草葉不會變形。

“石墨烯是世界上為數(shù)不多同時具備透明、導(dǎo)電和柔性三大屬性的材料。”曼徹斯特大學(xué)講師亞拉文博士（Aravind Vijayaraghavan說道，“這三種屬性很少能在同一個材料上出現(xiàn)。”

石墨烯在觸摸屏領(lǐng)域全球研發(fā)概況

目前，在這個領(lǐng)域研究的國家有英美韓中日等，已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的公司有四家，分別是韓國三星、日本索尼、輝銳和二維碳素。美英CambriosTechnologies、3M；日本東麗、東芝、索尼、產(chǎn)綜研及信越聚合物；韓國的三星等廠商在石墨烯方面研發(fā)迅速。

1、歐美地區(qū)

歐洲是石墨烯的誕生地，十分注重在這一領(lǐng)域提前布局。

2013年1月，歐盟委員會將石墨烯列為“未來新興技術(shù)旗艦項目”之一，該項目的研究范圍十分廣泛，其中石墨烯的制備是核心。歐盟委員計劃十年提供10億歐元資助，將石墨烯研究提升至戰(zhàn)略高度。

英國去年底宣布將追加投資2150萬英鎊資助石墨烯研究項目，推進石墨烯的商業(yè)化進程，并建立一個國家級研究機構(gòu)——國家石墨烯研究所（NGI），這也使該機構(gòu)有望成為世界領(lǐng)先的石墨烯開發(fā)和開采中心。

美國輝銳科技是一家石墨烯技術(shù)發(fā)展公司，率先進軍大面積石墨烯柔性觸控屏市場，并獲專業(yè)的科技行業(yè)投資基金IDG資本入股成為其股東之一。輝銳科技計劃于未來3年投資共1.5億美元發(fā)展石墨烯移動設(shè)備市場，能制造大面積的柔性觸控屏，應(yīng)用于手機﹑平板計算機及便攜式電子顯示屏等市場。

除輝銳科技外，美國的3M、CVD等企業(yè)在石墨烯電子產(chǎn)品方面發(fā)展迅速。

2、韓國

近年來，韓國政府積極支持本國科研機構(gòu)和公司開展石墨烯技術(shù)研發(fā)及商業(yè)化應(yīng)用研究。在政府的高度重視與支持下，韓國在石墨烯技術(shù)走向市場方面取得了諸多突出的成果。2010年，韓國三星公司和成均館大學(xué)的研究人員在一個63厘米寬的柔性透明玻璃纖維聚酯板上，成功制備出電視機大小的純石墨烯，并用該石墨烯制造了柔性觸摸屏。2011年，韓國研究人員，開發(fā)出基于石墨烯的柔性有機電致發(fā)光器件。

此外，韓國的石墨烯專利量居全球第三，達到1160項，遠高于歐洲其他國家，僅次于美國和中國。

3、日本

在與歐美和韓國相比起步稍晚的石墨烯量產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，日本的企業(yè)和研究機構(gòu)在去年幾乎同時發(fā)布了領(lǐng)先世界的成果。

索尼制作出了長約120m*寬230mm的石墨烯薄膜，這是目前全球最長的石墨烯薄膜。這種石墨烯應(yīng)用到透明導(dǎo)電膜是目標用途之一。索尼通過對化學(xué)氣相沉積（CVD）法加以自主改良取得了此次的成果，CVD法作為合成大面積石墨烯的方法而廣為人知。

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所發(fā)布了以卷對卷方式合成薄膜寬度為594mm的石墨烯的制造裝置。產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所采用以微波等離子為基礎(chǔ)，利用300～400℃的低溫CVD法合成石墨烯的方式。此外，東芝實現(xiàn)石墨烯與銀納米線復(fù)合透明電極的大面積化；松下已經(jīng)成功將石墨散熱膜的厚度減少到只有10微米（人類紅細胞直徑僅為5微米），1微米相當(dāng)于1米的一百萬分之一，薄度相當(dāng)驚人。

石墨烯是未來高技術(shù)產(chǎn)業(yè)競爭的戰(zhàn)略制高點

近年來，特別是2007年后，無論是石墨烯研究、論文發(fā)表以及研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，在中國和世界都進入了快速增長期。論文和專利年增幅都超過70%，特別是2009年—2012年，國際專利申請量增幅100%以上，迄今為止全球發(fā)表論文已超過3.4萬篇，僅2013年就超過1萬篇。全球?qū)＠暾埑^4000件。值得一提的是，近幾年我國在石墨烯領(lǐng)域發(fā)表的論文和專利申請，都居世界第一。截止到2012年底，我國共發(fā)表國際論文6308篇，美國排第二位，發(fā)表5709篇。我國論文引頻次數(shù)共90403次，而美國論文被引頻次數(shù)達132991次。我國申請專利1471件，美國申請專利1130件。說明我國在石墨烯領(lǐng)域的科技基礎(chǔ)積累、研發(fā)以及高技術(shù)發(fā)展方面已具有一定的實力。

石墨烯是世界高技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略制高點，引起世界各國的高度關(guān)注，尤其是在研發(fā)方面競爭激烈。2008年—2010年，歐盟發(fā)布了石墨烯基納米電子器件項目，并于2013年宣布將石墨烯列入“未來新興旗艦技術(shù)項目”，將在今后10年研發(fā)資助10億歐元，將石墨烯發(fā)展提升至戰(zhàn)略高度。英國政府也重視石墨烯研究，在曼徹斯特大學(xué)建立國家石墨烯研究所，推進石墨烯材料的商業(yè)化進程。2011年，英國政府在《促進增長的創(chuàng)新與發(fā)展戰(zhàn)略》中把石墨烯作為國家今后四個重點發(fā)展方向之一。投入5000萬英鎊支持石墨烯研發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用研究。同年，英國自然科學(xué)研究院委員會、英國技術(shù)戰(zhàn)略委員會投入約1000萬英鎊，建立一個以新興技術(shù)探索和市場開發(fā)為核心的創(chuàng)新中心，致力于石墨烯技術(shù)的探索、開發(fā)及應(yīng)用。2012年底，英國政府又追加2150萬英鎊資助石墨烯的商業(yè)化探索研究。韓國政府投入研發(fā)費用14億美元，把石墨烯材料及產(chǎn)品定為未來革新產(chǎn)業(yè)之一。2007年—2009年，韓國教育科學(xué)部門累計資助了90個相關(guān)項目，經(jīng)費1870萬美元。2012年—2018年，韓國原知識經(jīng)濟部預(yù)計將向石墨烯提供2.5億美元的資助，1.24億美元用于技術(shù)研發(fā)，其余用作商業(yè)化研究。2013年，韓國產(chǎn)業(yè)通商資源部宣布在未來6年內(nèi)，投入4230萬美元，幫助企業(yè)實現(xiàn)石墨烯的應(yīng)用產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)商業(yè)化。2006年—2011年，美國國家自然科學(xué)基金（NSF）關(guān)于石墨烯的資助項目有200項，包括石墨烯超級電容器應(yīng)用、石墨烯連續(xù)和大規(guī)模納米制造等項目。2008年，美國國防部高級研究計劃署（DARPA）投資2200萬美元研發(fā)超高速和低耗能的石墨烯晶體管。同時，至少有10多家公司在研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面取得了新的拓展。日本學(xué)術(shù)振興機構(gòu)（JST）從2007年起開始對石墨烯硅材料、器件的技術(shù)進行資助。德國于2009年由科學(xué)基金會（DFG）開展石墨烯新興前沿研究項目。[!--empirenews.page--]

各國政府紛紛重視和關(guān)注石墨烯的同時，企業(yè)也敏銳地抓住時機，表現(xiàn)出對石墨烯的極大興趣，投入到石墨烯研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的競爭中。美國在納米電子器件、高頻電子器件方面研發(fā)力度大，已研發(fā)出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板，大大降低制造透明可變形太陽能電池的成本，可廣泛用于石墨烯夜視鏡、相機等小型數(shù)碼設(shè)備。加州大學(xué)伯克利分校研制出石墨調(diào)制器，可實現(xiàn)超快數(shù)據(jù)通訊。美國沃貝克材料公司推出導(dǎo)電油墨，性能好，價格低，并得到美國環(huán)保署批準。美國輝銳科技公司研發(fā)并制造出大面積柔性觸控屏。IBM、三星公司重點研發(fā)在高速晶體管上的應(yīng)用。三星、諾基亞重點研發(fā)石墨烯在柔性顯示方面的應(yīng)用。美國卡博特公司、韓國浦項公司在石墨烯電容器、電池方面取得重要進展。韓國三星不久前宣稱將石墨烯成功應(yīng)用于觸摸平板顯示器，制造出多層石墨烯等材料組成的透明可彎曲顯示屏，可廣泛應(yīng)用于移動設(shè)備。索尼公司成功合成大面積長120米、寬230米石墨烯薄膜。IBM、巴斯夫和索尼等均投入巨額資金，化工醫(yī)藥巨頭拜耳、飛機發(fā)動機巨頭英國羅羅公司也加強了對石墨烯的研發(fā)，力圖迅速占領(lǐng)石墨烯產(chǎn)業(yè)的制高點。

　　我國石墨烯研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀及政策建議

我國石墨烯領(lǐng)域研發(fā)起步較晚，但發(fā)展較快，有潛在優(yōu)勢和后發(fā)優(yōu)勢。2013年7月13日，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟成立。同時，江蘇、浙江、深圳、上海、山東、福建、遼寧、重慶、黑龍江與中科院等機構(gòu)以多種形式協(xié)同創(chuàng)新，紛紛建立了產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，促進了創(chuàng)新資源優(yōu)化組合和創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)化進程。2013年中科院重慶研究院研制出15英寸的單層石墨烯。2013年2月，無錫格菲電子薄膜科技公司研發(fā)出石墨烯電容式融屏手機。常州第六元素公司年產(chǎn)100噸粉體，寧波墨西科技公司年產(chǎn)300噸石墨烯粉體。2013年5月，常州二維碳素科技公司、無錫格菲電子薄膜科技公司、深圳合力光電傳感公司聯(lián)合江南石墨烯研究院在常州投產(chǎn)3萬平方米石墨烯薄膜生產(chǎn)線。常州二維碳素科技公司研究出手機電容式觸摸屏，鹽城納新天地科技有限公司2013年在鹽城建設(shè)石墨烯產(chǎn)業(yè)集群，率先研究成功單層石墨烯改性材料，并與南車集團合作用于高鐵。深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司、無錫和青島產(chǎn)業(yè)基地、中科院納米中心、中科院微系統(tǒng)所、清華大學(xué)、華東理工大學(xué)、北京化工大學(xué)等都在石墨烯研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化上做了大量的攻關(guān)，力求取得突破性的進展。

2010年，江蘇常州市委市政府決定投資5000萬，成立江南石墨烯科技產(chǎn)業(yè)園，引進8個研發(fā)團隊，其中5個為海歸研發(fā)團隊，建了11個專業(yè)研究室和分析測試中心，培養(yǎng)了7家企業(yè)，市值達到20億元。2011年開始連續(xù)3年舉辦石墨烯發(fā)展高層論壇，努力建設(shè)產(chǎn)學(xué)研金一體化的石墨烯研究中心和新型創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)集群，力爭成為國際化的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展先導(dǎo)區(qū)。

縱觀中國與世界，石墨烯產(chǎn)業(yè)化與材料革命正處于突破的前夜。雖然目前石墨烯的應(yīng)用還沒有大規(guī)模投入市場，也有風(fēng)險和不確定性，但未來的發(fā)展?jié)摿屯薮?。中國絕不可以喪失這次發(fā)展機遇，同時也要防止走彎路，浪費資源、人力和物力。我們要審時度勢，制定科學(xué)正確理性的發(fā)展政策與措施。

一是抓住機遇，有所作為。目前我們與發(fā)達國家處于同一起跑階段，要抓住機遇，在推進產(chǎn)業(yè)化方面盡快有所作為。在世界石墨烯材料革命競爭中，率先創(chuàng)新，引領(lǐng)發(fā)展，實現(xiàn)由“跟跑者”向“領(lǐng)跑者”的跨越。

二是制定規(guī)劃，重點支持。建議有關(guān)方面認真調(diào)研，制定石墨烯研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)劃。在國家層面設(shè)立創(chuàng)新專項，給予重點支持，以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，推動跨越式發(fā)展。

三是防止利用石墨烯炒作。石墨烯可以代替石油，一旦突破將對我國產(chǎn)生巨大的效益，而且降低了石油在國際戰(zhàn)略中的地位，對增強我國能源戰(zhàn)略安全具有重大意義。但是，目前市場中已經(jīng)出現(xiàn)了利用投資者的預(yù)期在股市里炒作圈錢的行為，給投資者造成損失，也影響到石墨烯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，對此需要予以重視并制定相應(yīng)的對策。

四是制定正確的技術(shù)路線和技術(shù)標準。石墨烯發(fā)展很快，各方面都紛紛加入到研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化之中。但是，有些企業(yè)在發(fā)展石墨烯過程中缺乏科學(xué)方法和正確的技術(shù)路線，盲目發(fā)展者可能會走彎路，造成不必要的損失和混亂。建議有關(guān)部門組織制定國家石墨烯健康發(fā)展的技術(shù)政策。同時，要制定技術(shù)標準，將技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為行業(yè)標準優(yōu)勢，掌握石墨烯發(fā)展的話語權(quán)。

五是保護國家石墨烯戰(zhàn)略資源。我國是石墨資源大國，近些年大量原料以3000元/噸的價格出口國外，甚至被某些國家進口存入海底。有些企業(yè)將石墨資源浸泡式粗加工，以10000元/噸左右的價格出售，導(dǎo)致嚴重的資源利用浪費。建議政府部門采取有效的對策和措施，這么重要的戰(zhàn)略資源，千萬不能重蹈稀土的覆轍。