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，有望對(duì)電子信息等多個(gè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。意識(shí)到石墨烯的戰(zhàn)略重要性，歐洲著力推進(jìn)石墨烯的商業(yè)化進(jìn)程。

一、石墨烯材料大有前景

石墨烯具有許多優(yōu)越性能，使之在眾多領(lǐng)域成為突破性技術(shù)的可靠基礎(chǔ)。石墨烯可用于電子器件、光學(xué)器件、柔性電子、輕型功能部件、先進(jìn)電池等許多關(guān)鍵領(lǐng)域。采用石墨烯技術(shù)的新產(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。

諾貝爾獎(jiǎng)得主諾沃肖洛夫與其它科學(xué)家于2012年10月在著名的《自然》雜志上發(fā)表題為《石墨烯路線圖》的文章，展示了如何能夠獲得最薄、最強(qiáng)、導(dǎo)電性最好的石墨烯材料，描述了石墨烯如何有潛力來變革從智能手機(jī)、超高速寬帶到抗癌藥物、計(jì)算機(jī)芯片等在內(nèi)的多種應(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。采用石墨烯制成的觸摸屏設(shè)備將持久耐用，并將開啟柔性電子的新途徑。可卷曲的電子紙是另一項(xiàng)應(yīng)用，預(yù)計(jì)可在2015年前研發(fā)出樣品。

研究人員指出，不同的應(yīng)用需要不同等級(jí)的石墨烯，各種應(yīng)用可能實(shí)現(xiàn)的時(shí)間表也根據(jù)所需的石墨烯特性有很大區(qū)別，利用最低等級(jí)的應(yīng)用將有可能在幾年內(nèi)首次出現(xiàn)，而那些需要最高質(zhì)量的應(yīng)用或許還需要數(shù)十年時(shí)間。例如，光電探測(cè)器、高速無限通訊系統(tǒng)和太赫茲發(fā)生器（用于醫(yī)療成像和安全設(shè)備）預(yù)計(jì)最快到2020年才能實(shí)現(xiàn)，而抗癌藥物應(yīng)用大約要到2030年才能成為現(xiàn)實(shí)。

二、英國(guó)欲打造世界領(lǐng)先的石墨烯研發(fā)中心

9年前，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位教授第一次成功分離出石墨烯材料，這使該校成為石墨烯研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)。如今，各國(guó)都在嘗試使石墨烯商業(yè)化，希望在工業(yè)、技術(shù)和電子領(lǐng)域獲得具有潛在應(yīng)用的專利。為此，英國(guó)政府已經(jīng)提供了5000萬英鎊的投資，力圖使這種材料在未來幾十年里從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入生產(chǎn)線，并走向市場(chǎng)。英國(guó)正在推進(jìn)石墨烯的商業(yè)化進(jìn)程。這項(xiàng)工作不久將在英國(guó)國(guó)家石墨烯研究所開始進(jìn)行。該機(jī)構(gòu)計(jì)劃于2015年在曼徹斯特大學(xué)投資6100萬英鎊建成，有望成為世界領(lǐng)先的石墨烯研發(fā)中心。同時(shí)，其他5所大學(xué)以及一些重要公司也將加入進(jìn)來，共同致力于這一重要開發(fā)計(jì)劃。

許多不同領(lǐng)域的其他進(jìn)展也有望在劍橋大學(xué)、杜倫大學(xué)、?？巳卮髮W(xué)、倫敦大學(xué)等其他大學(xué)進(jìn)行的最新研究中產(chǎn)生。例如，劍橋大學(xué)已經(jīng)接受委托開展先進(jìn)的柔性電子產(chǎn)品研究。倫敦帝國(guó)理工學(xué)院將探究石墨烯在航空航天領(lǐng)域的潛在用途，例如使飛機(jī)更為堅(jiān)固，保護(hù)飛機(jī)免受雷擊等。該學(xué)院的科學(xué)家還將研究石墨烯的電學(xué)性能，并且與歐洲空客等主要公司開展合作。

三、歐盟斥巨資支持石墨烯旗艦項(xiàng)目

歐盟委員會(huì)認(rèn)為，從長(zhǎng)期看，石墨烯材料可能同鋼鐵、塑料一樣重要，有可能代替硅成為信息技術(shù)的基礎(chǔ)材料，還可能在能源、交通和醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。意識(shí)到石墨烯材料的戰(zhàn)略重要性，歐盟委員會(huì)于2013年1月底選定石墨烯項(xiàng)目為歐盟首個(gè)10年投入10億歐元的“未來和新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目”。這一項(xiàng)目的使命是將石墨烯和石墨烯材料從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)，徹底改變諸多產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，并創(chuàng)造新就業(yè)。

石墨烯旗艦項(xiàng)目將組成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，旨在取得技術(shù)創(chuàng)新的重大突破。該項(xiàng)目將涵蓋從材料生產(chǎn)到零件和系統(tǒng)集成的整個(gè)價(jià)值鏈，并瞄準(zhǔn)許多具體目標(biāo)，以利用石墨烯的獨(dú)特屬性。

從2013年開始，石墨烯旗艦項(xiàng)目將協(xié)調(diào)歐洲學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的126個(gè)研究組，并在項(xiàng)目啟動(dòng)后通過公開征集的方式進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，計(jì)劃再吸引20-30個(gè)研究組。戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)將為項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)提供支持。該委員會(huì)成員包括三位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、諾基亞公司和空客公司的代表以及國(guó)際科學(xué)界的兩名代表。在三位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者中，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家海姆教授和諾沃肖洛夫教授因首先分離出石墨烯材料于2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，德國(guó)物理學(xué)家克利青則發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)。昔日手機(jī)巨頭諾基亞公司則希望籍此開發(fā)出全新一代的電子消費(fèi)品。該項(xiàng)目的研究范圍十分廣泛，卻不會(huì)涵蓋所有領(lǐng)域，例如，該項(xiàng)目不打算在石墨烯顯示屏上與韓國(guó)競(jìng)爭(zhēng)。不過，石墨烯的生產(chǎn)顯然是該項(xiàng)目的核心。

在30個(gè)月的爬坡期階段，石墨烯旗艦項(xiàng)目將重點(diǎn)關(guān)注信息通訊技術(shù)和交通領(lǐng)域，并支持石墨烯在能源和傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。爬坡期過后，該項(xiàng)目將全面運(yùn)行，并吸納更多新的科研團(tuán)隊(duì)。

（作者：張麗娟，中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所，研究實(shí)習(xí)員，主要研究方向?yàn)榭萍颊吲c管理。）

鏈接：

石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。是一種由碳原子以sD2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。

應(yīng)用前景

1、納電子器件方面

利用石墨烯加入電池電極材料中可以大大提高充電效率，并且提高電池容量。自我裝配的多層石墨烯片不僅是鋰空氣電池的理想設(shè)計(jì)，也可以應(yīng)用于許多其他潛在的能源存儲(chǔ)領(lǐng)域如超級(jí)電容器、電磁炮等。此外，新型石墨烯材料將不依賴于鉑或其他貴金屬，可有效降低成本和對(duì)環(huán)境的影響。

2、代替硅生產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)

由于石墨烯的出現(xiàn)，高頻提升的發(fā)展前景似乎變得無限廣闊了。這使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。研究人員甚至將石墨烯看作是硅的替代品，能用來生產(chǎn)未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

3、光子傳感器

石墨烯還可以以光子傳感器的面貌出現(xiàn)在更大的市場(chǎng)上，這種傳感器是用于檢測(cè)光纖中攜帶的信息的。因?yàn)槭┦峭该鞯?，用它制造的電板比其他材料具有更?yōu)良的透光性。

4、基因電子測(cè)序

由于導(dǎo)電的石墨烯的厚度小于DNA鏈中相鄰堿基之間的距離以及DNA四種堿基之間存在電子指紋，因此，石墨烯有望實(shí)現(xiàn)直接的，快速的，低成本的基因電子測(cè)序技術(shù)。

5、減少噪音

能夠大幅控制噪音。通過在二層石墨烯之間生成的強(qiáng)電子結(jié)合，從而控制噪音。

6、隧穿勢(shì)壘材料

基于石墨烯在導(dǎo)電、導(dǎo)熱和結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢(shì)，美國(guó)海軍研究試驗(yàn)室將其作為量子隧穿勢(shì)壘材料的首選。未來得石墨烯勢(shì)壘將有可能在隧穿晶體管、非揮發(fā)性磁性記憶體和可編程邏輯電路中率先得以應(yīng)用。

其它應(yīng)用

石墨烯還可以應(yīng)用于晶體管、觸摸屏、基因測(cè)序等領(lǐng)域，同時(shí)有望幫助物理學(xué)家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域取得新突破。中國(guó)科研人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的細(xì)胞在石墨烯上無法生長(zhǎng)，而人類細(xì)胞卻不會(huì)受損。利用這一點(diǎn)石墨烯可以用未做繃帶，食品包裝甚至抗菌T恤：用石墨烯做的光電化學(xué)電池可以取代基于金屬的有機(jī)發(fā)光二極管，因石墨烯還可以取代燈具的傳統(tǒng)金屬石墨電極，使之更易于回收。這種物質(zhì)不僅可以用來開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料、制造出超堅(jiān)韌的防彈衣，甚至能讓科學(xué)家夢(mèng)寐以求的2.3萬英里長(zhǎng)太空電梯成為現(xiàn)實(shí)。

發(fā)展趨勢(shì)

石墨烯良好的電導(dǎo)性能和透光性能，使它在透明電導(dǎo)電極方面有非常好的應(yīng)用前景。觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池、有機(jī)發(fā)光二極管等等，都需要良好的透明電導(dǎo)電極材料。特別是，石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫優(yōu)良氧化銦錫脆度較高，比較容易損毀。在溶液內(nèi)的石墨烯薄膜可以沉積于大面積區(qū)域。通過化學(xué)氣桕沉積法，可以制成大面積、連續(xù)的、透明、高電導(dǎo)率的少層石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的陽(yáng)極，并得到高達(dá)1.71%能量轉(zhuǎn)換效率與用氧化銦錫材料制成的元件相比，大約為其能量轉(zhuǎn)換效率的55.2%。

石墨烯特殊的結(jié)構(gòu)形態(tài)，使其具備目前世界上最硬、最薄的特征，同時(shí)也具有很強(qiáng)的韌性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。這些及其特殊的特性使其擁有無比巨大的發(fā)展空間，未來可以應(yīng)用于電子、航天、光學(xué)、儲(chǔ)能、生物醫(yī)藥、日常生活等大量領(lǐng)域。有業(yè)內(nèi)人士如此評(píng)價(jià)：如果說20世紀(jì)是硅的世紀(jì)，石墨烯則開創(chuàng)了21世紀(jì)的新材料紀(jì)元，將給世界帶來實(shí)質(zhì)性變化。