诺奖得主中国建“碳谷”：重点突破石墨烯触摸屏

近日，厦门大学、英国BGT　Materials　Limited和福建辉锐材料科技有限公司正式签署协议，三方将合作共建“石墨烯工业技术研究院”。旨在抢占科技制高点，以美国“硅谷”为目标，打造具有国际影响力的“碳谷”。

该研究院由厦门大学、英国蓝石科技公司（BGT Materials Limited）、福建辉锐材料科技有限公司合作共建，并引进代表石墨烯领域世界最高技术水平的诺奖得主康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授及一批国际一流的科研人才， 建立“国际顶级专家-优势高校-引领型企业-发达城市”多方协同的建设模式，推动形成以石墨烯为核心、涵盖触摸屏、储能、机电和生物等领域的产业集群。

英国曼彻斯特大学教授安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫于2004年首次从实验室中分离出石墨烯，并因此于2010年获得诺贝尔物理学奖。业内普遍认为，石墨烯作为未来发展具有重大和决定意义的新材料，5～10年内所带来全球集群产业的产值保守估计超过1000亿美元。

据介绍，石墨烯是由单层碳原子组成的二维材料，是迄今为止世界上已知材料中最薄、强度最大的材料。目前，研究院已将“20寸石墨烯柔性触摸屏”的开发列入项目规划。

什么是石墨烯？

报道称，石墨烯是目前已知的硬度最高、最薄的材料。它由碳原子以特殊结构排列而成，比其他任何材料都具备更好的导热、导电特性。更令人称奇的是，它不仅是世界上最硬的材料，而且柔韧性也最强。

厚度只有一层碳原子的石墨烯被称为“奇迹材料”。

石墨烯可以变革电子行业，催生灵活多变的设备、超动力的量子计算机、电子服装及可与身体细胞交流的计算机。

虽然石墨烯早在10年前就被发现，然而它在2010年才真正获得关注。两名曼彻斯特大学的物理学家因石墨烯实验而获得诺贝尔奖。最近，研究人员集中精力研究如何商业化生产石墨烯。

2012年，美国化学学会称石墨烯的强度是钢铁的200倍，它如此轻薄，以至于1盎司的石墨烯可以覆盖28个足球场。中国科学家曾合成石墨烯气凝胶，密度只有空气的1/6；一立方英寸（约16.39立方厘米）的石墨烯气凝胶放在一片草叶上，草叶不会变形。

“石墨烯是世界上为数不多同时具备透明、导电和柔性三大属性的材料。”曼彻斯特大学讲师亚拉文博士（Aravind Vijayaraghavan说道，“这三种属性很少能在同一个材料上出现。”

石墨烯在触摸屏领域全球研发概况

目前，在这个领域研究的国家有英美韩中日等，已经产业化的公司有四家，分别是韩国三星、日本索尼、辉锐和二维碳素。美英CambriosTechnologies、3M；日本东丽、东芝、索尼、产综研及信越聚合物；韩国的三星等厂商在石墨烯方面研发迅速。

1、欧美地区

欧洲是石墨烯的诞生地，十分注重在这一领域提前布局。

2013年1月，欧盟委员会将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一，该项目的研究范围十分广泛，其中石墨烯的制备是核心。欧盟委员计划十年提供10亿欧元资助，将石墨烯研究提升至战略高度。

英国去年底宣布将追加投资2150万英镑资助石墨烯研究项目，推进石墨烯的商业化进程，并建立一个国家级研究机构——国家石墨烯研究所（NGI），这也使该机构有望成为世界领先的石墨烯开发和开采中心。

美国辉锐科技是一家石墨烯技术发展公司，率先进军大面积石墨烯柔性触控屏市场，并获专业的科技行业投资基金IDG资本入股成为其股东之一。辉锐科技计划于未来3年投资共1.5亿美元发展石墨烯移动设备市场，能制造大面积的柔性触控屏，应用于手机﹑平板计算机及便携式电子显示屏等市场。

除辉锐科技外，美国的3M、CVD等企业在石墨烯电子产品方面发展迅速。

2、韩国

近年来，韩国政府积极支持本国科研机构和公司开展石墨烯技术研发及商业化应用研究。在政府的高度重视与支持下，韩国在石墨烯技术走向市场方面取得了诸多突出的成果。2010年，韩国三星公司和成均馆大学的研究人员在一个63厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上，成功制备出电视机大小的纯石墨烯，并用该石墨烯制造了柔性触摸屏。2011年，韩国研究人员，开发出基于石墨烯的柔性有机电致发光器件。

此外，韩国的石墨烯专利量居全球第三，达到1160项，远高于欧洲其他国家，仅次于美国和中国。

3、日本

在与欧美和韩国相比起步稍晚的石墨烯量产技术领域，日本的企业和研究机构在去年几乎同时发布了领先世界的成果。

索尼制作出了长约120m*宽230mm的石墨烯薄膜，这是目前全球最长的石墨烯薄膜。这种石墨烯应用到透明导电膜是目标用途之一。索尼通过对化学气相沉积（CVD）法加以自主改良取得了此次的成果，CVD法作为合成大面积石墨烯的方法而广为人知。

日本产业技术综合研究所发布了以卷对卷方式合成薄膜宽度为594mm的石墨烯的制造装置。产业技术综合研究所采用以微波等离子为基础，利用300～400℃的低温CVD法合成石墨烯的方式。此外，东芝实现石墨烯与银纳米线复合透明电极的大面积化；松下已经成功将石墨散热膜的厚度减少到只有10微米（人类红细胞直径仅为5微米），1微米相当于1米的一百万分之一，薄度相当惊人。

石墨烯是未来高技术产业竞争的战略制高点

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。[!--empirenews.page--]

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。

　　我国石墨烯研发和产业化的现状及政策建议

我国石墨烯领域研发起步较晚，但发展较快，有潜在优势和后发优势。2013年7月13日，中国石墨烯产业技术创新战略联盟成立。同时，江苏、浙江、深圳、上海、山东、福建、辽宁、重庆、黑龙江与中科院等机构以多种形式协同创新，纷纷建立了产业技术联盟，促进了创新资源优化组合和创新产业化进程。2013年中科院重庆研究院研制出15英寸的单层石墨烯。2013年2月，无锡格菲电子薄膜科技公司研发出石墨烯电容式融屏手机。常州第六元素公司年产100吨粉体，宁波墨西科技公司年产300吨石墨烯粉体。2013年5月，常州二维碳素科技公司、无锡格菲电子薄膜科技公司、深圳合力光电传感公司联合江南石墨烯研究院在常州投产3万平方米石墨烯薄膜生产线。常州二维碳素科技公司研究出手机电容式触摸屏，盐城纳新天地科技有限公司2013年在盐城建设石墨烯产业集群，率先研究成功单层石墨烯改性材料，并与南车集团合作用于高铁。深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司、无锡和青岛产业基地、中科院纳米中心、中科院微系统所、清华大学、华东理工大学、北京化工大学等都在石墨烯研发与产业化上做了大量的攻关，力求取得突破性的进展。

2010年，江苏常州市委市政府决定投资5000万，成立江南石墨烯科技产业园，引进8个研发团队，其中5个为海归研发团队，建了11个专业研究室和分析测试中心，培养了7家企业，市值达到20亿元。2011年开始连续3年举办石墨烯发展高层论坛，努力建设产学研金一体化的石墨烯研究中心和新型创新产业集群，力争成为国际化的石墨烯产业发展先导区。

纵观中国与世界，石墨烯产业化与材料革命正处于突破的前夜。虽然目前石墨烯的应用还没有大规模投入市场，也有风险和不确定性，但未来的发展潜力和威力巨大。中国绝不可以丧失这次发展机遇，同时也要防止走弯路，浪费资源、人力和物力。我们要审时度势，制定科学正确理性的发展政策与措施。

一是抓住机遇，有所作为。目前我们与发达国家处于同一起跑阶段，要抓住机遇，在推进产业化方面尽快有所作为。在世界石墨烯材料革命竞争中，率先创新，引领发展，实现由“跟跑者”向“领跑者”的跨越。

二是制定规划，重点支持。建议有关方面认真调研，制定石墨烯研发和产业化发展规划。在国家层面设立创新专项，给予重点支持，以企业为主体，产学研协同创新，推动跨越式发展。

三是防止利用石墨烯炒作。石墨烯可以代替石油，一旦突破将对我国产生巨大的效益，而且降低了石油在国际战略中的地位，对增强我国能源战略安全具有重大意义。但是，目前市场中已经出现了利用投资者的预期在股市里炒作圈钱的行为，给投资者造成损失，也影响到石墨烯产业的健康发展，对此需要予以重视并制定相应的对策。

四是制定正确的技术路线和技术标准。石墨烯发展很快，各方面都纷纷加入到研发和产业化之中。但是，有些企业在发展石墨烯过程中缺乏科学方法和正确的技术路线，盲目发展者可能会走弯路，造成不必要的损失和混乱。建议有关部门组织制定国家石墨烯健康发展的技术政策。同时，要制定技术标准，将技术研发优势转化为行业标准优势，掌握石墨烯发展的话语权。

五是保护国家石墨烯战略资源。我国是石墨资源大国，近些年大量原料以3000元/吨的价格出口国外，甚至被某些国家进口存入海底。有些企业将石墨资源浸泡式粗加工，以10000元/吨左右的价格出售，导致严重的资源利用浪费。建议政府部门采取有效的对策和措施，这么重要的战略资源，千万不能重蹈稀土的覆辙。