石墨烯:下一个万亿级新兴产业

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国高新技术产业导报 作者:苏笑然

  近日,中国首条年产3万平方米石墨烯薄膜生产线投产暨石墨烯手机触摸屏新品发布会在江苏常州举行,这标志着中国在石墨烯产业化应用方面又迈出了重要一步。

  石墨烯是已知材料中最薄的一种,质料非常牢固坚硬,在室温状况,传递电子的速度比已知导体都快,因此其应用前景非常广泛,在触摸屏、电子器件、储能电池、显示器、传感器、半导体、航天、复合材料、生物医药等领域拥有广阔的应用前景。

  中国科学院6月发布的《科技发展新态势与面向2020年的战略选择》研究报告中指出,未来5-10年,世界可能发生22个重大科技事件,其中石墨烯将成为“后硅时代”的新潜力材料。业内人士表示,石墨烯一旦量产将成为下一个万亿级的新兴产业。

石墨烯应用前景广阔

  “从全球世界范围看,石墨烯都属于前沿研究,材料的研发仍处于初级阶段,离大规模应用尚存一段距离,但并不意味着遥遥无期。” 南京大学电子科学与工程学院教授王欣然说,最先进入市场的应该是手机、平板电脑等终端上的石墨烯触摸屏,预计2年后就可以上市。而由石墨烯做的光电探测器、太阳能电池等光电器件也将于2015年逐步进入市场。但是,要求更高、工艺更为苛刻的高频电路、逻辑电路则在更远的将来才能走向市场。

  中国科学院院士高鸿钧也表示,石墨烯在未来电子器件上具有诱人的应用前景,被看作是石墨烯研究最可能突破、实现产业化的领域,成为国际上的研究热点和竞争焦点。

  日前,中国科学院重庆绿色智能技术研究院已经成功制备出国内首片15英寸的单层石墨烯,其尺寸达到了国内最高水平。中科院重庆研究院目前已经在铜箔衬底上生长出15英寸的均匀单层石墨烯,并成功将其完整地转移到柔性PET衬底上和其他基底表面。通过进一步加工,还制备出了7英寸的石墨烯触摸屏。将石墨烯触摸屏贴在一台普通笔记本电脑的显示屏上,用手写笔可在屏幕上写字。

  在储能领域,石墨烯有望在锂离子电池和超级电容器发展上大显身手。石墨烯优异的导电性能和柔韧的二维层状结构,可以提高锂离子电池和超级电容器的充放电速度、循环稳定性和安全性,有可能达到几分钟甚至几秒钟充满电,这样的石墨烯锂电池在消费电子、电动汽车和储能领域具有很大市场。

  此外,用石墨烯制成的散热薄膜可应用到智能手机、平板电脑、LED照明、LCD电视等超薄大功耗电子产品。功能化的石墨烯材料在生物医药、生物诊断和食品加工等领域也有极高的应用价值。

石墨烯投资热度升温

  由于石墨烯巨大的市场潜力,世界范围内掀起了石墨烯的研发和投资热潮。目前三星电子、IBM、陶氏化学、通用、施乐公司等国际大牌厂商都在积极推进石墨烯产业化研究。

  在国内,浙江大学、清华大学、北京大学、中国科学院金属研究所、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、上海交通大学、东南大学、天津大学等高校及科研机构在石墨烯的制备及应用领域申请了众多专利。

  截至今年6月,国内机构共申请石墨烯相关的发明专利3000多项,其中456项已经获得国家知识产权局的专利授权,主要集中在石墨烯的制备和石墨烯应用领域。

  在石墨烯的产业化应用方面,江苏走在了全国前列。2010年7月,江苏泰州成立了国内首个专业的石墨烯新材料公司,目前已具备较大规模。2011年10月,常州成立了江南石墨烯研究院,为国内首个基于石墨烯材料及应用的产业化基地,引进了常州第六元素等多家高科技企业。泰州市政府还批准成立了国内首个石墨烯研究与检测平台,为石墨烯的质量检测标准制定、石墨烯的产业化应用提供技术支持。

  中国科学院宁波材料所研究员刘兆平领导的石墨烯研究团队,于2011年成功研发出拥有自主知识产权的石墨烯低成本规模化制备技术,并建立了吨级规模的中试生产线。2012年,该技术转移给上海南江(集团)有限公司,双方合作成立宁波墨西科技有限公司,致力于石墨烯的生产、销售与应用技术研发。年产300吨的石墨烯生产线计划于今年年底建成。

  随着石墨烯的技术进步和产业化进程推进,市场对其关注度日趋升温,涌现了几十家涉及石墨烯研发、生产、销售和服务的高科技企业。如上海新池、南京科孚纳米、深圳贝特瑞等。其中不乏风险投资机构的积极介入。此外,国内多家上市公司如方大炭素、南都电源、中超电缆等也进军到石墨烯应用领域。

石墨烯产业化障碍待破

  尽管石墨烯的研发如火如荼,在学术界、企业界和资本市场备受追捧,但如何大规模制备高质量、大尺寸、低成本的石墨烯是产业化亟待解决的问题。

  多位专家表示,目前制备石墨烯的技术工艺还不成熟,没有达到一致性的品质,而且成品面积都非常小,不能适应工业化应用。石墨烯整体还在研发阶段,各国对这个新兴材料正处于专利布局期,产业链还没有形成,对石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研机构的研究应用。

  据介绍,石墨烯之所以没有实现大规模量产,主要是没有找到一种适合大规模生产的方法和途径,这也是石墨烯成本居高不下的原因。

  中国科学院院士高鸿钧表示,虽然我国石墨烯研究群体大、成果多,但突出性、原创性成果较少。我国石墨烯研究大都是采用他人成熟的方法,始终处于落后位置,重大创新十分有限,因此要在材料制备方法上寻求突破。此外还有一个问题就是,我国石墨烯产业应用相对薄弱。

  清华大学教授朱宏伟认为,目前石墨烯已经具备规模化生产的能力,但在发展过程中,仍存在一些问题。中国现有的技术水平可以支持其产业化,但并没有达到最好的水平,未来还需有大的突破。而主要的制约因素在石墨烯的制备技术与理想状态仍存在差距。此外,他希望国家能对石墨烯研究机构及企业给予更多的政策扶持。

  东南大学教授、博士生导师倪振华此前就加速石墨烯科研及产业化提出五点建议:一是从政府层面引导石墨烯研究的正确方向;二是通过政策支持加快产业化进程;三是尽快着手制定行业标准,争取获得话语权;四是加强行业间的交流合作,促进石墨烯广泛应用;五是成立相关产业技术联盟,加强行业内部的协调和合作。

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