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石墨烯材料发展迎来崭新时代

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-03-05  来源:中国碳谷网  作者:中国碳谷网  浏览次数:130
核心提示:近几年来,石墨烯新材料行业正在悄然兴起。截止到2012年底,我国共发表石墨烯国际论文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。
   近几年来,石墨烯新材料行业正在悄然兴起。虽然,石墨烯的发现仅10年左右,却引发了席卷全球的一波又一波的研究开发浪潮。正如有学者所言,19世纪是铁器的时代,20世纪是硅的时代,21世纪是碳的时代。碳是自然界分布最普遍的元素之一,是构成地球上一切生命体最重要的元素。碳材料的特性几乎涵盖地球上所有物质的性质。先进碳材料具有新型结构和优异的物理化学性能,是对未来发展具有重大和决定意义的新材料。

  新材料产业作为战略性新兴产业的重点之一,也是未来高新技术产业发展的基石和先导,是我国成为世界制造业强国的重要基础。石墨烯作为先进碳材料,它是当今发现的世界上最优质的材料。它有以下特点:最薄,0.35nm,被称为现今世界最薄的材料;比表面积最大,2620m2/g;最硬,刚度优于金刚石,是人类已知强度最高的物质,比钢铁硬100倍;最抗拉,可弹性拉伸20%;热导率最高,5300W/m.k;最高迁移率200,000cm2/v.s@300k;高透光性,透光率为97.7%/单层;高载流能力:电流密度比铜高6个数量级;最奇特的是,石墨烯是二维量子材料,线性能带色散关系,载流子有效质量为零,能在温室下观察到量子霍尔效应;还具有室温弹道输运特性。

  石墨烯具有超薄、超轻、超高强度、超强导电性、优异的室温导热和透光性,几乎完全透明,结构稳定,应用非常广泛,发展前景巨大,是推动战略高技术发展的关键材料。

  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。

  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,我国共发表石墨烯国际论文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。

 
关键词: 石墨烯 材料 发展
 
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