走进科技新时代⑥：石墨烯 改变世界的神奇材料？

产业瓶颈

如何大规模制备高质量、大尺寸、低成本的石墨烯是产业化亟待解决的问题

尽管科学界的石墨烯研究迅速推进，也吸引了投资和关注，但研究者对其产业化仍持谨慎态度。

谭平恒说，有关石墨烯的众多应用研究目前多数还处于实验室阶段，它的神奇性能能否完全在应用上显现，还需科学家进一步分析和测试。

产业界多数企业还处于尝试性探索阶段。一个重要瓶颈是，产业化所需的高质量、大尺寸、低成本的石墨烯制备方式并不成熟。

诺奖获得者海姆和诺沃肖洛夫得到石墨烯的方式，被称之为微机械剥离法，这一方式至今仍是实验室获取石墨烯进行基础研究的重要手段。谭平恒说，该方法得到的石墨烯质量高，但尺寸较小，且极费人工、成本很高。在石墨烯研究初期，微机械剥离制备的1平方微米石墨烯的价格甚至达到一欧元左右。

其它方法，如化学气相沉积法，虽然可以制备出大面积的石墨烯，但质量仍有待提高，且工艺较为复杂；溶剂剥离法可以实现石墨烯的大批量制备，但含有较多的缺陷。

2009年，高鸿钧团队在金属钌单晶表面获得高质量大面积的单晶石墨烯材料，取得了制备法的重大突破。但高鸿钧认为，石墨烯并不能取代硅，在某些方面，或许可以取代硅的部分功能。他说，硅材料发展已有数十年历史，应用成熟，不是一个新材料在短时间内可以替代或超越的。

谭平恒说，上世纪90年代，碳纳米管凭借其优异的光电性能，成为碳纳米材料家族的明星，正是因为其规模化工业应用的困难，一直没能达到人们的期望。

在石墨烯的某些应用中，需要将其转移到合适的衬底上，而与衬底的相互作用可能会造成石墨烯性能的部分改变。

“石墨烯要实现产业化应用，不仅要解决如何制备出高质量和大面积的材料，还需要解决石墨烯在器件集成方面的一些关键问题。”谭平恒说，当前两者均没有得到很好的解决。

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国外产业化介入较早

我国应用相对薄弱

中国科学院物理研究所研究员、中国科学院院士高鸿钧介绍，对石墨烯的研究，我国起步虽相对较晚，研究跟进却很快。据统计，我国在国际权威期刊上发表的与石墨烯相关论文已经居世界第一。

“但我们存在两个不足。首先，虽然研究群体大、成果多，但突出性、原创性成果较少，我们采用他人成熟的方法，始终处于落后位置，重大创新十分有限，因此要在材料制备方法上寻求突破；此外，主要集中在基础研究，产业应用相对薄弱。”高鸿钧说，欧洲、美国、韩国等国企业介入比较早，成果应用转化也走在世界前列。

据介绍，欧盟委员会今年初宣布，“神奇的材料石墨烯”研究被列入“未来新兴技术旗舰项目”，未来10年内将分别获得10亿欧元的经费。

该旗舰项目的使命，是让石墨烯从实验室走向社会，促进经济增长并创造新就业，吸引了包括海姆和诺沃肖洛夫在内的三位诺贝尔奖获得者，以石墨烯的制备为核心，重点关注在信息通讯技术和交通等领域的应用。

韩国三星公司的研究人员已经制造出由多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏。2012至2018年间，韩国原知识经济部预计将向石墨烯领域提供2.5亿美元的资助，其中1.24亿美元用于石墨烯技术研发，1.26亿美元用于石墨烯商业化应用研究。

数据显示，2013年全球对手机触摸屏的需求量大概在9.65亿片，产值超过130亿美元。到2015年，平板电脑对大尺寸触摸屏的需求也将达到2.3亿片。这都为石墨烯的应用提供了诱人前景。

2011年，美国IBM已经研制出了世界首款由石墨烯圆片制成的集成电路，把石墨烯计算机芯片推进了一大步。

高鸿均表示，我国在重视石墨烯基础研究的同时，还需要加强石墨烯的应用基础和产业化研究。简单重复国外的应用研究，未来可能在专利方面受制于人。他建议，石墨烯的应用和基础研究应该齐头并进，不可偏废。在进一步加深对其物理特性深入研究以获得突出原创性成果的同时，也要加强石墨烯产业化探索方面的研究。

《 人民日报 》（ 2013年07月19日 20 版）