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石墨烯:全球90多个国家热研的新材料

时间:2023-06-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:各国的战略战术截至目前,全球已有80多个国家和地区开展石墨烯及其应用研究[1]。欧盟将石墨烯列入“未来新兴技术旗舰项目”,计划10年内提供10亿欧元资助石墨烯项目研究。英国作为石墨烯的诞生地,于2011年将石墨烯列为四大战略性新兴产业之一,并投入大量资金支持石墨烯技术商业化应用。石墨烯与衬底材料、栅极材料相互作用的理解和控制以及石墨烯的理论研究等。日本早在2007年就已经开始对石墨烯硅材料、器件等有关技术进行资助。

石墨烯:全球90多个国家热研的新材料

鉴于石墨烯无与伦比的性能及其蕴含的巨大应用潜力,加之2010年诺贝尔物理学奖颁发给石墨烯发现者产生的轰动效应,世界各国政府、科技界与产业界都在不遗余力地推动石墨烯技术研发与产业化发展,以企业、高校和科研机构为主力军的石墨烯技术的基础研究和应用研究正在如火如荼地进行。

各国的战略战术

截至目前,全球已有80多个国家和地区开展石墨烯及其应用研究[1]。美国、欧盟日本韩国等国家和地区已经意识到石墨烯极有可能是一种影响未来国家核心竞争力的关键材料,先后从国家战略高度进行部署,竞相发布多项支持石墨烯研究的政策和扶持计划(见表6-3),加大对石墨烯技术研发及商业化应用的支持力度,力争把握石墨烯技术革命和产业革命带来的机遇。

美国主要通过国家自然科学基金会(NSF)和国防部开展一系列石墨烯研究项目,重点布局石墨烯在超级电容器和下一代更小、更快的电子器件等前沿领域的应用。欧盟将石墨烯列入“未来新兴技术旗舰项目”,计划10年内提供10亿欧元资助石墨烯项目研究。

英国作为石墨烯的诞生地,于2011年将石墨烯列为四大战略性新兴产业之一,并投入大量资金支持石墨烯技术商业化应用。

德国重点支持适合石墨烯基电子设备的制备;石墨烯电子、结构、机械、振动等性能表征与操控;石墨烯纳米结构制备和表征及性能操控。石墨烯与衬底材料、栅极材料相互作用的理解和控制以及石墨烯的理论研究等。

日本早在2007年就已经开始对石墨烯硅材料、器件等有关技术进行资助。

韩国计划在2012~2018年向石墨烯领域提供2.5亿美元用于资助石墨烯技术研发与商业化应用。总体来看,当前及未来5 10年之内,世界各国的支持政策仍将主要集中在石墨烯产业链中游——石墨烯功能器件研发,以加快石墨烯产业化应用步伐。

表6-3 全球主要国家和地区发布的支持石墨烯研究的政策

资料来源:作者整理

商业巨头的排兵布阵

在企业层面,据不完全统计,全球有近300家公司涉足石墨烯研究[2]。IBM、英特尔、美国晟碟、陶氏化学通用杜邦宝洁三星苹果谷歌飞利浦等国际巨头不仅自身投入大量的人力、物力和财力用于石墨烯研究,还积极与大学、科研机构等合作进行石墨烯技术研发与商业化应用,期望石墨烯能为其带来巨大的收益。在此过程中,国外企业在石墨烯产业化应用领域出现了一系列标志性事件,并取得了一些重大成果(见表6-4)。如早在2010年IBM就已经研制出运行速度超快的石墨烯晶体管,其最大频率可以达到230GHz,远超过现在硅基晶体管的运行速度。(www.xing528.com)

表6-4 跨国公司在石墨烯产业化应用领域的成果和标志性事件

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资料来源:作者整理

多管齐下的产业化进展

在政府、企业与科研机构的重视支持下,发达国家和地区在石墨烯的基础理论、制备技术与商业化应用得到了长足发展,并在石墨烯原料制备与商业化应用领域涌现出一批代表性企业,其主要产品包括用化学气相沉积法(CVD)规模化生产石墨烯、石墨烯薄膜、石墨烯粉体、石墨烯制备设备、电子器件、超级电容器、石墨烯油墨等(见表6-5)。不过,目前不同国家和地区石墨烯产业的发展存在一定的异质性。美国已经形成相对完整的石墨烯产业链,涵盖了石墨烯制备及应用研究、石墨烯产品生产与石墨烯下游应用全环节。这主要归功于其国内良好的创业环境催生了众多小型石墨烯企业,再加上IBM、波音、英特尔等诸多大型企业对石墨烯研发的重视及许多新型高新技术企业积极开展相关研发活动,使得美国在石墨烯产业化和应用方面处于全球领先位置。欧盟拥有诺基亚等大型企业以及众多小型专业化石墨烯企业,主要从事石墨烯薄膜、石墨烯粉体、石墨烯复合材料制备,下游应用环节发育程度有限,未像美国一样形成相对完整的产业链。英国有多家大型企业从事石墨烯技术的开发及商业化推广,同时涌现出众多专门从事石墨烯研发的新兴企业,产业格局与欧盟大体相似。韩国和日本主要集中在CVD石墨烯薄膜制备及其在电子器件领域中的应用,在部分应用领域具有突出优势。如韩国三星公司已研制出首款石墨烯电子晶体管器件;日本富士电机太阳能电池开发领域处于领先地位,其研制的石墨烯片导电率高达氧化铟锡(ITO)的数倍,能保证90%的光透射率,达到充分满足各项性能指标水平。

表6-5 全球主要石墨烯原料与应用企业及其代表产品

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资料来源:作者整理

[1] http://www.escn.com.cn/news/show-331871.html.

[2] http://finance.china.com.cn/roll/20160804/3843209.shtml.

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