石墨烯，這個(gè)在人們眼中比較生僻的名詞最近因?yàn)橐粭l新聞“走紅”。報(bào)道稱，鑒于石墨烯所蘊(yùn)含的無限應(yīng)用潛力，三星、蘋果和谷歌公司開始積累各種與石墨烯有關(guān)的專利，未來的競爭之戰(zhàn)已在實(shí)驗(yàn)室打響。
三大巨頭公司的未雨綢繆不無道理。作為目前已知的世上最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性最好而且擁有強(qiáng)大靈活性的納米材料，石墨烯成為制造靈活顯示屏、可穿戴設(shè)備以及其他下一代電子設(shè)備的理想材料，未來在觸摸屏、傳感器、蓄電池等領(lǐng)域的應(yīng)用充滿了想象。比如，通過它制造出可彎曲的智能手表、可折疊成智能手機(jī)的平板電腦、15分鐘便充好電且續(xù)航能力達(dá)500公里的電動(dòng)車蓄電池，等等。
“一場材料領(lǐng)域的‘革命’正在發(fā)生。”石墨烯的發(fā)現(xiàn)者、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Andre Geim教授表示，預(yù)計(jì)三五年之內(nèi)，石墨烯在信息通信等領(lǐng)域?qū)⒂幸粋€(gè)驚奇的應(yīng)用。
“石墨烯時(shí)代”離我們還有多遠(yuǎn)?石墨烯的推廣應(yīng)用又將給目前的產(chǎn)品帶來哪些顛覆性的改變?
應(yīng)用空間無限大
巨頭著手“儲(chǔ)備”專利
石墨烯是最薄、比表面積最大、最強(qiáng)、最硬、熱導(dǎo)率最高、室溫下平均自由程最長、載流子遷移率最高的二維納米材料，具有獨(dú)特的隧道效應(yīng)、光學(xué)性質(zhì)、滲透性質(zhì)等特性。石墨烯材料可以廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級(jí)電容器、太陽能電池、生物質(zhì)材料、傳感器、超高頻電子及光電子設(shè)備、藥物載體，同時(shí)可以用作觸摸屏、保護(hù)膜、選擇性過濾滲透膜等。
石墨烯因?yàn)槠浔旧淼奶刭|(zhì)，很可能成為未來的神奇材料，并在硬件設(shè)計(jì)和制造業(yè)引起新一輪革命。由于它可以讓設(shè)備變得更薄更柔軟，彭博社認(rèn)為它可能成為蘋果和三星的下一個(gè)戰(zhàn)場。2013年，歐委會(huì)通過決定，投資10億歐元、期限10年，啟動(dòng)了歐盟未來新興技術(shù)石墨烯旗艦項(xiàng)目，旨在把石墨烯和相關(guān)層狀材料從實(shí)驗(yàn)室?guī)肷鐣?huì)，為歐洲諸多產(chǎn)業(yè)帶來一場革命，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)。石墨烯旗艦項(xiàng)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(tuán)隊(duì)組成，其中包括4名諾貝爾獎(jiǎng)得主。
目前，蘋果、三星和谷歌已經(jīng)在競爭收購，欲將這種材料用于移動(dòng)和可穿戴設(shè)備中的相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)都收入囊中。據(jù)預(yù)測，到2016年全球移動(dòng)設(shè)備銷量將高達(dá)8470億美元，未來五年可穿戴設(shè)備的銷量將高達(dá)190億美元。掌握了石墨烯的開發(fā)技術(shù)就成為公司未來在電子設(shè)備市場發(fā)展的關(guān)鍵。
電池領(lǐng)域已有突破
清華大學(xué)廣東深圳研究生院近年來在石墨烯的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展探索方面取得了較大突破。該院院長康飛宇教授介紹，他的研究團(tuán)隊(duì)主攻石墨烯在鎳鋅電池體系的應(yīng)用，主要瞄準(zhǔn)動(dòng)力電池和新能源儲(chǔ)能電池兩個(gè)方面。目前實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得很好的結(jié)果，正準(zhǔn)備申請美國、中國的專利技術(shù)。
“我們要研究一種‘綠色電池’，用來取代現(xiàn)在的鉛酸蓄電池。”康飛宇說，傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池具有污染、壽命短等缺點(diǎn)，新型鎳鋅電池的特點(diǎn)是便宜、耐用、安全、容量高，而且充電時(shí)間可以大大縮短，這對未來電動(dòng)汽車的普及將是革命性的影響，因?yàn)?5分鐘完成充電、續(xù)航500公里不是不可能的事，完全可以解決目前電動(dòng)車推廣中遇到的電池這一核心難題。
石墨烯產(chǎn)業(yè)化正在進(jìn)行
對于石墨烯的產(chǎn)業(yè)化，康飛宇教授認(rèn)為“還在路上”。從近期來講，要重點(diǎn)解決低成本和規(guī)模化生產(chǎn)這兩大問題。康飛宇說，低成本預(yù)計(jì)明年便可實(shí)現(xiàn)。石墨烯目前的價(jià)格貴過黃金，最便宜的也要500元/克，但一年之后，就可以降到50元/克，再過兩年，可能就降到1～5元/克的“白菜價(jià)”。在工業(yè)化方面，目前通過天然石墨剝層等技術(shù)，石墨烯的生產(chǎn)已經(jīng)接近量產(chǎn)的水平，未來兩三年內(nèi)，便可大規(guī)模應(yīng)用在電池、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等材料領(lǐng)域，替代現(xiàn)有的材料。實(shí)驗(yàn)室關(guān)于這些方面的應(yīng)用已經(jīng)做得很好，正往規(guī)模化應(yīng)用發(fā)展。從遠(yuǎn)期來講，在觸摸屏、傳感器等器械上的大規(guī)模應(yīng)用還需要三到五年時(shí)間，目前這方面的研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段。
國內(nèi)專利申請數(shù)占全球一半
2004年，Andre Geim教授和他的學(xué)生發(fā)現(xiàn)石墨烯，到2010年兩人因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)，只有6年時(shí)間。之后，世界范圍內(nèi)對它的研究、應(yīng)用、投資快速升溫。歐盟石墨烯旗艦項(xiàng)目總協(xié)調(diào)人Jari Kinaret教授用“熱火朝天”來形容目前中國人對石墨烯的研發(fā)。據(jù)他了解，世界各國對于專利申請的門檻不一，單從數(shù)量上講，中國大陸申請石墨烯技術(shù)的專利占到了全球的50%以上。
康飛宇和他的團(tuán)隊(duì)曾對深圳的石墨烯市場作過調(diào)研。調(diào)研顯示，目前深圳有十來家中小企業(yè)正在從事石墨烯的生產(chǎn)應(yīng)用，研究機(jī)構(gòu)大概有十家。但相比國內(nèi)江蘇無錫和常州等在石墨烯的開發(fā)與應(yīng)用走在前列的幾個(gè)城市，深圳的石墨烯產(chǎn)業(yè)基本都處于研究階段，沒有形成規(guī)模化，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較慢。康飛宇認(rèn)為，這與深圳眾多企業(yè)和機(jī)構(gòu)對石墨烯的認(rèn)識(shí)不足、對下游技術(shù)開發(fā)及市場需求的反應(yīng)較慢有直接關(guān)系。
康飛宇表示，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界在石墨烯熱中要有冷思考。他認(rèn)為，目前全世界對石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化都處在起步階段，離真正市場化還有一段距離，不宜一擁而上，盲目投資。當(dāng)前，首先要把基礎(chǔ)研究做好，再做投資、規(guī)模化生產(chǎn)。對于政府部門來說，目前首要的任務(wù)并不是“跟風(fēng)”扶持，而是應(yīng)該冷靜地進(jìn)行戰(zhàn)略布局。
三大巨頭公司的未雨綢繆不無道理。作為目前已知的世上最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性最好而且擁有強(qiáng)大靈活性的納米材料，石墨烯成為制造靈活顯示屏、可穿戴設(shè)備以及其他下一代電子設(shè)備的理想材料，未來在觸摸屏、傳感器、蓄電池等領(lǐng)域的應(yīng)用充滿了想象。比如，通過它制造出可彎曲的智能手表、可折疊成智能手機(jī)的平板電腦、15分鐘便充好電且續(xù)航能力達(dá)500公里的電動(dòng)車蓄電池，等等。
“一場材料領(lǐng)域的‘革命’正在發(fā)生。”石墨烯的發(fā)現(xiàn)者、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Andre Geim教授表示，預(yù)計(jì)三五年之內(nèi)，石墨烯在信息通信等領(lǐng)域?qū)⒂幸粋€(gè)驚奇的應(yīng)用。
“石墨烯時(shí)代”離我們還有多遠(yuǎn)?石墨烯的推廣應(yīng)用又將給目前的產(chǎn)品帶來哪些顛覆性的改變?
應(yīng)用空間無限大
巨頭著手“儲(chǔ)備”專利
石墨烯是最薄、比表面積最大、最強(qiáng)、最硬、熱導(dǎo)率最高、室溫下平均自由程最長、載流子遷移率最高的二維納米材料，具有獨(dú)特的隧道效應(yīng)、光學(xué)性質(zhì)、滲透性質(zhì)等特性。石墨烯材料可以廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、超級(jí)電容器、太陽能電池、生物質(zhì)材料、傳感器、超高頻電子及光電子設(shè)備、藥物載體，同時(shí)可以用作觸摸屏、保護(hù)膜、選擇性過濾滲透膜等。
石墨烯因?yàn)槠浔旧淼奶刭|(zhì)，很可能成為未來的神奇材料，并在硬件設(shè)計(jì)和制造業(yè)引起新一輪革命。由于它可以讓設(shè)備變得更薄更柔軟，彭博社認(rèn)為它可能成為蘋果和三星的下一個(gè)戰(zhàn)場。2013年，歐委會(huì)通過決定，投資10億歐元、期限10年，啟動(dòng)了歐盟未來新興技術(shù)石墨烯旗艦項(xiàng)目，旨在把石墨烯和相關(guān)層狀材料從實(shí)驗(yàn)室?guī)肷鐣?huì)，為歐洲諸多產(chǎn)業(yè)帶來一場革命，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)。石墨烯旗艦項(xiàng)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(tuán)隊(duì)組成，其中包括4名諾貝爾獎(jiǎng)得主。
目前，蘋果、三星和谷歌已經(jīng)在競爭收購，欲將這種材料用于移動(dòng)和可穿戴設(shè)備中的相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)都收入囊中。據(jù)預(yù)測，到2016年全球移動(dòng)設(shè)備銷量將高達(dá)8470億美元，未來五年可穿戴設(shè)備的銷量將高達(dá)190億美元。掌握了石墨烯的開發(fā)技術(shù)就成為公司未來在電子設(shè)備市場發(fā)展的關(guān)鍵。
電池領(lǐng)域已有突破
清華大學(xué)廣東深圳研究生院近年來在石墨烯的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展探索方面取得了較大突破。該院院長康飛宇教授介紹，他的研究團(tuán)隊(duì)主攻石墨烯在鎳鋅電池體系的應(yīng)用，主要瞄準(zhǔn)動(dòng)力電池和新能源儲(chǔ)能電池兩個(gè)方面。目前實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得很好的結(jié)果，正準(zhǔn)備申請美國、中國的專利技術(shù)。
“我們要研究一種‘綠色電池’，用來取代現(xiàn)在的鉛酸蓄電池。”康飛宇說，傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池具有污染、壽命短等缺點(diǎn)，新型鎳鋅電池的特點(diǎn)是便宜、耐用、安全、容量高，而且充電時(shí)間可以大大縮短，這對未來電動(dòng)汽車的普及將是革命性的影響，因?yàn)?5分鐘完成充電、續(xù)航500公里不是不可能的事，完全可以解決目前電動(dòng)車推廣中遇到的電池這一核心難題。
石墨烯產(chǎn)業(yè)化正在進(jìn)行
對于石墨烯的產(chǎn)業(yè)化，康飛宇教授認(rèn)為“還在路上”。從近期來講，要重點(diǎn)解決低成本和規(guī)模化生產(chǎn)這兩大問題。康飛宇說，低成本預(yù)計(jì)明年便可實(shí)現(xiàn)。石墨烯目前的價(jià)格貴過黃金，最便宜的也要500元/克，但一年之后，就可以降到50元/克，再過兩年，可能就降到1～5元/克的“白菜價(jià)”。在工業(yè)化方面，目前通過天然石墨剝層等技術(shù)，石墨烯的生產(chǎn)已經(jīng)接近量產(chǎn)的水平，未來兩三年內(nèi)，便可大規(guī)模應(yīng)用在電池、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等材料領(lǐng)域，替代現(xiàn)有的材料。實(shí)驗(yàn)室關(guān)于這些方面的應(yīng)用已經(jīng)做得很好，正往規(guī)模化應(yīng)用發(fā)展。從遠(yuǎn)期來講，在觸摸屏、傳感器等器械上的大規(guī)模應(yīng)用還需要三到五年時(shí)間，目前這方面的研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段。
國內(nèi)專利申請數(shù)占全球一半
2004年，Andre Geim教授和他的學(xué)生發(fā)現(xiàn)石墨烯，到2010年兩人因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)，只有6年時(shí)間。之后，世界范圍內(nèi)對它的研究、應(yīng)用、投資快速升溫。歐盟石墨烯旗艦項(xiàng)目總協(xié)調(diào)人Jari Kinaret教授用“熱火朝天”來形容目前中國人對石墨烯的研發(fā)。據(jù)他了解，世界各國對于專利申請的門檻不一，單從數(shù)量上講，中國大陸申請石墨烯技術(shù)的專利占到了全球的50%以上。
康飛宇和他的團(tuán)隊(duì)曾對深圳的石墨烯市場作過調(diào)研。調(diào)研顯示，目前深圳有十來家中小企業(yè)正在從事石墨烯的生產(chǎn)應(yīng)用，研究機(jī)構(gòu)大概有十家。但相比國內(nèi)江蘇無錫和常州等在石墨烯的開發(fā)與應(yīng)用走在前列的幾個(gè)城市，深圳的石墨烯產(chǎn)業(yè)基本都處于研究階段，沒有形成規(guī)模化，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較慢。康飛宇認(rèn)為，這與深圳眾多企業(yè)和機(jī)構(gòu)對石墨烯的認(rèn)識(shí)不足、對下游技術(shù)開發(fā)及市場需求的反應(yīng)較慢有直接關(guān)系。
康飛宇表示，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界在石墨烯熱中要有冷思考。他認(rèn)為，目前全世界對石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化都處在起步階段，離真正市場化還有一段距離，不宜一擁而上，盲目投資。當(dāng)前，首先要把基礎(chǔ)研究做好，再做投資、規(guī)模化生產(chǎn)。對于政府部門來說，目前首要的任務(wù)并不是“跟風(fēng)”扶持，而是應(yīng)該冷靜地進(jìn)行戰(zhàn)略布局。
