石墨烯：產(chǎn)業(yè)化步伐正在加快

近年來(lái)，制備石墨烯新方法層出不窮，隨著(zhù)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)化應用步伐正在加快?；谝延械难芯砍晒?，最先實(shí)現商業(yè)化應用的領(lǐng)域可能會(huì )是移動(dòng)設備、航空航天、新能源電池等領(lǐng)域。

在重慶高新區金鳳電子信息產(chǎn)業(yè)園區內，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(chǎng)房，并于2013年底建成全球首條大規模石墨烯薄膜生產(chǎn)線(xiàn)。

這家公司全稱(chēng)為“重慶墨?？萍加邢薰?rdquo;，公司總工程師魏大鵬告訴《中國科學(xué)報》記者：“通過(guò)引進(jìn)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(wàn)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性的結構，無(wú)法單獨穩定存在。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(shí)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(wèn)世以來(lái)，石墨烯創(chuàng )造了諸多“紀錄”：石墨烯是世上最薄的材料，十萬(wàn)層石墨烯疊加起來(lái)的厚度大概等于一根頭發(fā)絲的直徑;物理學(xué)家通過(guò)試驗發(fā)現，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。

據魏大鵬介紹，國內石墨烯的研究與國外同步，以中科院長(cháng)春應用化學(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(jì)。

2012年，魏大鵬從美國普渡大學(xué)完成博士后工作回國，來(lái)到中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院的微納制造與系統集成研究中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)微納中心)。當時(shí)，微納中心在主任史浩飛帶領(lǐng)下正在進(jìn)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用于實(shí)際產(chǎn)品中，促進(jìn)科學(xué)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的結合。”

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?？萍加邢薰?，主營(yíng)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(xiāo)售。

據悉，重慶墨?？萍加邢薰?以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(zhuān)利成果轉讓為無(wú)形資產(chǎn)投資6700萬(wàn)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用技術(shù)開(kāi)發(fā)。”

在中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院，魏大鵬從事應用基礎研究，并指導研究生，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(shí)際的市場(chǎng)應用還有幾年甚至十幾年的時(shí)間，目前成果主要以科研論文的形式呈現。”

而在重慶墨希公司，魏大鵬從事的石墨烯應用技術(shù)開(kāi)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(shí)驗室已經(jīng)摸清楚，在企業(yè)主要解決工程化的問(wèn)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，都是面向實(shí)際應用和產(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(kāi)發(fā)更成熟、市場(chǎng)接受的產(chǎn)品，在研究院則開(kāi)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(lái)，制備石墨烯新方法層出不窮，隨著(zhù)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)化應用步伐正在加快?；谝延械难芯砍晒?，最先實(shí)現商業(yè)化應用的領(lǐng)域可能會(huì )是移動(dòng)設備、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(lèi)：一類(lèi)是石墨烯薄膜原材料，一類(lèi)是石墨烯薄膜應用產(chǎn)品，如石墨烯手機、石墨烯電子書(shū)，后期還會(huì )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(wàn)平方米，主要為后段應用產(chǎn)品提供原材料。2015年3月，重慶墨希公司發(fā)布了3萬(wàn)部石墨烯手機，現在已經(jīng)和多家手機生產(chǎn)廠(chǎng)商簽訂協(xié)議，幾萬(wàn)部石墨烯手機預計今年出貨，目前正在加緊生產(chǎn)石墨烯觸控屏。

此前，雖然石墨烯大規模制備技術(shù)已經(jīng)成熟，但是要想真正實(shí)現規?；瘧?，仍有一些問(wèn)題要解決。魏大鵬表示，石墨烯手機有可能成為業(yè)內一個(gè)不錯的應用案例，并將通過(guò)市場(chǎng)來(lái)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(cháng)一段時(shí)間的培育，比如以免費或者補助的形式給應用企業(yè)提供產(chǎn)品和技術(shù)支持，并不斷調試石墨烯應用技術(shù)，以提高成品率。