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石墨烯:產(chǎn)業(yè)化步伐正在加快

   2016-03-07 中國科學(xué)報

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核心提示:近年來,制備石墨烯新方法層出不窮,隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破,石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐正在加快。基于已有的研

近年來,制備石墨烯新方法層出不窮,隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破,石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐正在加快。基于已有的研究成果,最先實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域可能會是移動設(shè)備、航空航天、新能源電池等領(lǐng)域。

在重慶高新區(qū)金鳳電子信息產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi),有一家成立于2013年的公司,首期投資近3億元,擁有8700平方米的超凈廠房,并于2013年底建成全球首條大規(guī)模石墨烯薄膜生產(chǎn)線。

這家公司全稱為“重慶墨希科技有限公司”,公司總工程師魏大鵬告訴《中國科學(xué)報》記者:“通過引進中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院的大面積單層石墨烯薄膜制備技術(shù),公司石墨烯可達到100萬平方米的年生產(chǎn)能力。”

神奇的材料

石墨烯與金剛石一樣,都是碳家族的成員。早年,石墨烯一直被認為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu),無法單獨穩(wěn)定存在。2004年,英國曼徹斯特大學(xué)的兩位物理學(xué)家成功地從石墨中分離出石墨烯,從而證實它可以單獨存在。這兩位科學(xué)家也因石墨烯的貢獻于2010年共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

問世以來,石墨烯創(chuàng)造了諸多“紀錄”:石墨烯是世上最薄的材料,十萬層石墨烯疊加起來的厚度大概等于一根頭發(fā)絲的直徑;物理學(xué)家通過試驗發(fā)現(xiàn),如果用石墨烯特制的包裝袋,能承受大約兩噸重的物品;石墨烯電阻率極低,電子遷移的速度極快;石墨烯幾乎完全透光,透光率在97%以上。

據(jù)魏大鵬介紹,國內(nèi)石墨烯的研究與國外同步,以中科院長春應(yīng)用化學(xué)所、中科院物理所、中科院化學(xué)所為代表的研究機構(gòu)以及北京大學(xué)為代表的高校,在石墨烯領(lǐng)域前沿科學(xué)研究方面取得了一系列成績。

2012年,魏大鵬從美國普渡大學(xué)完成博士后工作回國,來到中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院的微納制造與系統(tǒng)集成研究中心(以下簡稱微納中心)。當時,微納中心在主任史浩飛帶領(lǐng)下正在進行石墨烯薄膜的大面積制備研究。

科研工作與企業(yè)生產(chǎn)并行

加入微納中心后,魏大鵬主要從事石墨烯應(yīng)用研究,包括石墨烯觸控技術(shù)、石墨烯柔性傳感技術(shù)、石墨烯柔性光伏器件等。他表示:“我們希望將石墨烯應(yīng)用于實際產(chǎn)品中,促進科學(xué)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合。”

2013年1月,微納中心發(fā)布了我國首片15英寸單層石墨烯薄膜。同年3月,由上海南江集團與中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院共同投資成立了重慶墨希科技有限公司,主營業(yè)務(wù)為石墨烯薄膜及其相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售。

據(jù)悉,重慶墨希科技有限公司(以下簡稱重慶墨希公司)注冊資金2.67億元,其中南江集團資金投入2億元,中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院以石墨烯技術(shù)專利成果轉(zhuǎn)讓為無形資產(chǎn)投資6700萬元。

魏大鵬告訴記者:“我們微納中心技術(shù)團隊也一并加入重慶墨希公司,我主要從事公司項目管理及石墨烯應(yīng)用技術(shù)開發(fā)。”

在中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院,魏大鵬從事應(yīng)用基礎(chǔ)研究,并指導(dǎo)研究生,包括石墨烯電子皮膚、石墨烯光電器件等。他指出:“我們的研究到實際的市場應(yīng)用還有幾年甚至十幾年的時間,目前成果主要以科研論文的形式呈現(xiàn)。”

而在重慶墨希公司,魏大鵬從事的石墨烯應(yīng)用技術(shù)開發(fā)工作更為具體,比如石墨烯觸控屏、石墨烯手機等,這些產(chǎn)品的基本原理在實驗室已經(jīng)摸清楚,在企業(yè)主要解決工程化的問題。

從科研工作到企業(yè)生產(chǎn),魏大鵬認為這兩者并不沖突,“因為我們的目標是一致的,都是面向?qū)嶋H應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的,服務(wù)于國民經(jīng)濟。不同之處在于技術(shù)成熟度不同,公司是以盈利為目的,需要開發(fā)更成熟、市場接受的產(chǎn)品,在研究院則開發(fā)更具顛覆性的技術(shù)和產(chǎn)品。”

產(chǎn)業(yè)化初期需政策培育

近年來,制備石墨烯新方法層出不窮,隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破,石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐正在加快。基于已有的研究成果,最先實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域可能會是移動設(shè)備、航空航天、新能源電池等領(lǐng)域。

重慶墨希公司的產(chǎn)品分為兩類:一類是石墨烯薄膜原材料,一類是石墨烯薄膜應(yīng)用產(chǎn)品,如石墨烯手機、石墨烯電子書,后期還會有柔性穿戴式電子終端產(chǎn)品。

重慶墨希公司的石墨烯薄膜材料產(chǎn)能年產(chǎn)可達100萬平方米,主要為后段應(yīng)用產(chǎn)品提供原材料。2015年3月,重慶墨希公司發(fā)布了3萬部石墨烯手機,現(xiàn)在已經(jīng)和多家手機生產(chǎn)廠商簽訂協(xié)議,幾萬部石墨烯手機預(yù)計今年出貨,目前正在加緊生產(chǎn)石墨烯觸控屏。

此前,雖然石墨烯大規(guī)模制備技術(shù)已經(jīng)成熟,但是要想真正實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用,仍有一些問題要解決。魏大鵬表示,石墨烯手機有可能成為業(yè)內(nèi)一個不錯的應(yīng)用案例,并將通過市場來檢驗石墨烯產(chǎn)品的可靠性。

盡管如此,魏大鵬也指出,石墨烯在產(chǎn)業(yè)化初期仍需要很長一段時間的培育,比如以免費或者補助的形式給應(yīng)用企業(yè)提供產(chǎn)品和技術(shù)支持,并不斷調(diào)試石墨烯應(yīng)用技術(shù),以提高成品率。



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