紀(jì)屏

國(guó)家主席習(xí)近平今年訪英期間，參觀了曼徹斯特大學(xué)國(guó)家石墨烯研究院，他肯定該院在石墨烯領(lǐng)域的研究實(shí)力和國(guó)際影響力，并指出，在當(dāng)前新一輪產(chǎn)業(yè)升級(jí)和科技革命大背景下，新材料產(chǎn)業(yè)必將成為未來(lái)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石和先導(dǎo)，對(duì)全球經(jīng)濟(jì)、科技、環(huán)境等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。中國(guó)是石墨資源大國(guó)，也是石墨烯研究和應(yīng)用開發(fā)最活躍的國(guó)家之一。中英在石墨烯研究領(lǐng)域完全可以實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”，雙方受益。

一、什么是“石墨烯”

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是碳的二維結(jié)構(gòu)。這種石墨晶體薄膜的厚度只有0.335納米，把20萬(wàn)片薄膜疊加到一起，也只有一根頭發(fā)絲那么厚。它是2004年由曼徹斯特大學(xué)的科斯提亞·諾沃謝夫和安德烈·蓋姆小組首先發(fā)現(xiàn)的。石墨烯的問(wèn)世引起了全世界的研究熱潮。它不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅(jiān)硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。石墨烯在原子尺度上結(jié)構(gòu)非常特殊，必須用相對(duì)論量子物理學(xué)才能描繪。石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來(lái)適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來(lái)原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。

二、石墨烯的應(yīng)用與前景

石墨烯作為21世紀(jì)最具應(yīng)用前景的發(fā)明之一，對(duì)于它的一系列發(fā)明創(chuàng)造，不僅為其商業(yè)化拓寬了渠道，也令這一概念在資本市場(chǎng)持續(xù)保持著相當(dāng)?shù)摹皽囟取薄?/p>

石墨烯主要應(yīng)用領(lǐng)域包括電子、生物醫(yī)療、軍工、精密制造業(yè)、化工業(yè)。有專家表示，石墨烯在電子器件、光學(xué)器件、柔性電子、輕型功能部件、先進(jìn)電池等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景，并有望對(duì)電子信息等多個(gè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。歐洲正是意識(shí)到石墨烯的戰(zhàn)略重要性，才著力推進(jìn)石墨烯的商業(yè)化進(jìn)程。

從石墨烯的應(yīng)用前景來(lái)看，采用石墨烯技術(shù)新產(chǎn)品的例子包括高速、柔性、牢固的電子消費(fèi)品，更輕、更節(jié)能的飛機(jī)。從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，預(yù)計(jì)石墨烯將引起新的計(jì)算技術(shù)范式和人造視網(wǎng)膜這樣的革命性醫(yī)學(xué)應(yīng)用。據(jù)研究人員預(yù)計(jì)，首個(gè)石墨烯觸摸屏設(shè)備將在3-5年內(nèi)上市。鑒于采用石墨烯制成的觸摸屏設(shè)備持久耐用，這將開啟柔性電子的新途徑，即可卷曲的電子紙是另一項(xiàng)應(yīng)用，可在2015年研發(fā)出樣品。

三、石墨烯中國(guó)力量正在崛起

據(jù)波士頓的Lux研究公司報(bào)道，中國(guó)已經(jīng)在碳納米管和石墨烯的研究制造中處于全球領(lǐng)先地位。Lux預(yù)測(cè)全球石墨烯的plaflet和碳納米管市場(chǎng)需求在2018年時(shí)分別為1520噸和2016噸。然而，僅中國(guó)的供應(yīng)量就足以供應(yīng)直到2016年的全球石墨烯nanoplatlet需求；Lux認(rèn)為，隨著石墨烯和碳納米管nanoplatlets的產(chǎn)能增加，以及產(chǎn)能利用率的提高，未來(lái)其價(jià)格將繼續(xù)下降，同時(shí)會(huì)擠壓納米材料的利潤(rùn)率。

中國(guó)已經(jīng)成為全球石墨烯的出版物領(lǐng)先者，專利數(shù)量居全球第二名；其碳納米管制造可能占到了全球的50%。另根據(jù)Lux的觀察，雖然石墨烯的工藝和制造技術(shù)仍顯落后，但是中國(guó)正在迅速追趕，主要體現(xiàn)在快速的增長(zhǎng)率。

中國(guó)在石墨烯制造方面有一個(gè)亮點(diǎn)，是Sixth Element與寧波的Morsh，其在石墨烯的nanopetlets制造方面，已經(jīng)具備超過(guò)美國(guó)的能力。

據(jù)Lux數(shù)據(jù)，2014年中國(guó)國(guó)內(nèi)的石墨烯和碳納米管市場(chǎng)分別達(dá)到2240萬(wàn)美元和4840萬(wàn)美元，主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)自鋰離子電池和新的應(yīng)用，如涂料和熱耗散材料等。

中國(guó)在石墨烯薄膜和石墨烯微片這兩個(gè)方向上也在進(jìn)行積極探索。石墨烯觸摸屏的研發(fā)方面，常州二維碳素科技公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)已突破了石墨烯薄膜應(yīng)用于中小尺寸手機(jī)的觸摸工藝，實(shí)現(xiàn)了石墨烯薄膜材料和現(xiàn)有ITO模組工藝線的對(duì)接。

10月23日，中國(guó)華為宣布與曼徹斯特大學(xué)進(jìn)行共同開發(fā)ICT領(lǐng)域的下一代高性能技術(shù)的合作研究，該項(xiàng)目合作期初定為兩年，研究如何將石墨烯領(lǐng)域的突破性成果應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和移動(dòng)通信設(shè)備。

10月27日，四川省巴中市在位于川陜交界的南江縣上兩廟坪發(fā)現(xiàn)新的高品位石墨礦點(diǎn)，初步測(cè)算南江石墨礦物量在1000萬(wàn)噸以上。

2015中國(guó)國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)于10月28日至30日召開。由諾貝爾獎(jiǎng)得主安德烈-蓋姆領(lǐng)銜的多位專家，就石墨烯在環(huán)保、鋰電池、可穿戴等領(lǐng)域的應(yīng)用前景展開了深入探討。

資料顯示，截至目前，中國(guó)石墨烯企業(yè)已超過(guò)100家，已居全球領(lǐng)先地位。此次大會(huì)的召開，提升了社會(huì)各界對(duì)石墨烯及其應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。目前，產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好，技術(shù)不斷突破、軍用民用領(lǐng)域迅速拓展，石墨烯產(chǎn)業(yè)化提速明顯。

石墨烯可預(yù)見(jiàn)的發(fā)展空間全球大約1000億美元，國(guó)內(nèi)400億元，一旦產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)進(jìn)一步突破，未來(lái)無(wú)可限量。