石墨烯研發(fā)面臨三大難題

石墨烯將承載產(chǎn)業(yè)變革希望

　　——訪劍橋大學石墨烯中心主任安德烈·法拉利教授

　　近年來，石墨烯承載著未來變革產(chǎn)業(yè)領域的希望，歐盟于2013年10月率先啟動了為期10年的“石墨烯旗艦項目”，旨在使歐洲公司“能夠在全球石墨烯技術競賽中獲得主動權(quán)”。在該項目日前主辦的“2015石墨烯周”大會期間，科技日報記者就有關問題采訪了項目執(zhí)行委員會主席、劍橋大學石墨烯中心主任安德烈·法拉利教授。

　　石墨烯項目進展獲得好評

　　法拉利教授認為，未來10年石墨烯具有提升和變革若干產(chǎn)業(yè)領域的巨大潛力，同時也有望在歐州和全球創(chuàng)造大量新增就業(yè)機會。因而，從技術角度審視石墨烯究竟對哪些具體產(chǎn)業(yè)領域更為重要，這非常關鍵。

　　法拉利教授介紹說，歐盟委員會對項目進展審核后給予積極評價，認為“大獲成功”。一年多來，該項目發(fā)表了大量研究成果，同時申請了一些專利;已搞定了計劃的全部協(xié)調(diào)工作。

　　他謹慎地強調(diào)，目前該項目仍處于初期階段，在執(zhí)行過程中面臨兩個重要挑戰(zhàn)：一是管理和政治方面的挑戰(zhàn)。由于項目涉及歐盟眾多成員國、眾多研究中心、機構(gòu)和企業(yè)，必須確保參與各方能夠有效地合作;二是確保將項目從基礎研究轉(zhuǎn)向工業(yè)應用研究。目前，越來越多的工業(yè)界伙伴尤其是歐洲一些大牌公司都加入了該項目，其中包括英國FlexEnable公司、德國英飛凌公司、愛立信和阿爾卡特公司等，這正契合了項目的宗旨——與工業(yè)界建立牢固的伙伴關系。

　　石墨烯研發(fā)面臨三大難題

　　法拉利認為，2015年石墨烯研發(fā)的主要障礙有三：第一是目前能制備的材料呈現(xiàn)出一些特性，而人們用來制造設備的材料則需要另一些特性，這之間存在“隔閡”。石墨烯價值鏈是以整體方式呈現(xiàn)，但在制備某種材料時，需要相對應種類的特殊石墨烯——即存在很多不同種類的石墨烯，但并非都能很好地用于同樣用途。制造電子設備需要一種石墨烯，而制造電池則需要另一種完全不同的石墨烯;制造電池的石墨烯不可能用來制造晶體管，反過來也一樣。

　　第二是石墨烯與半導體Fab材料(用于大規(guī)模制造設備)的集成?！笆┢炫烅椖俊眲傇O計了一個“圓片規(guī)模集成”來實現(xiàn)在石墨烯與典型Fab材料的集成。如果不能將石墨烯置入Fab，就不能將其置入其他設備中。歐洲很幸運地擁有像諾基亞、愛立信和阿爾卡特等大公司，他們最終認識到下一步是石墨烯與半導體Fab的集成。如果這方面取得成功，必將能實現(xiàn)石墨烯的大規(guī)模制備。

　　第三是最終設備的整體成本，即與其他技術相比是否具有競爭力，但目前對此尚難以確定。

　　未來10年最有希望的應用

　　法拉利教授認為，未來10年，石墨烯將先后在復合材料、透明半導體材料、能源、光子、光電子和傳感器等領域走向應用。

　　從時間表來看，未來2年到3年內(nèi)石墨烯最有希望的應用將是復合材料。如一家名為Head的歐洲公司，正在利用石墨烯生產(chǎn)網(wǎng)球拍;另一家歐洲公司也正準備推出加入石墨烯的自行車輪胎;還有一家公司正將注意力轉(zhuǎn)向具有機械特性和熱力特性的復合材料。這些應用都屬于復合材料領域。其后，將是透明導電材料如移動手機和電視屏幕等。

　　未來5年內(nèi)，石墨烯在能源領域也將大有作為，如石墨烯電池和石墨烯超級電容器等;未來5年到10年內(nèi)，石墨烯將在光學、光子學和傳感器等領域，如光感測器、激光感測器、調(diào)制器及數(shù)據(jù)傳輸設備等方面得到應用。

　　需審慎看待石墨烯專利量

　　據(jù)英國專利咨詢公司Cambridge IP的研究，截至2014年5月全球在石墨烯領域申請的專利數(shù)量為11372項，亞洲占3060項，歐洲和英國分別僅有361項和41項,明顯處于落后境地。對此，法拉利認為需要審慎看待石墨烯領域的專利數(shù)量。

　　他指出，目前中國和韓國在石墨烯領域申請了大量專利，而歐洲專利局在授予專利方面很挑剔，因而歐洲提交的專利申請數(shù)量較少。專利數(shù)量的差距，并不是表明歐洲在該技術領域處于落后境地的一項指標。

　　就專利絕對數(shù)量而言，不可否認歐洲處于落后，但其質(zhì)量并不低于其他國家。中國的很多專利并非國際專利;韓國在某一領域的專利數(shù)量多達數(shù)十個，而歐洲專利則覆蓋了眾多研究領域。歐洲和英國確實需要更多專利，也正在為此努力，但需要更審慎地看待專利數(shù)量。

　　整合石墨烯研發(fā)定有裨益

　　法拉利曾多次到中國進行學術交流，他開玩笑地說每次只有兩次入境的簽證迫使他不停地更新簽證。他指出，中國有很多石墨烯研發(fā)活動：2014年浙江寧波就舉辦了一次大型石墨烯會議;北京半導體物理所等在石墨烯和拓撲絕緣體方面很具實力;中國石墨烯聯(lián)盟也得到了地方政府的大力支持。

　　法拉利說，中國是一個大國，在區(qū)域性層次或單獨研發(fā)機構(gòu)層次上，有很多石墨烯研發(fā)項目，如上海、北京、浙江等地的區(qū)域性研發(fā)活動都很強勁。目前中國尚沒有一項整體的石墨烯研發(fā)計劃，但正努力地將其整合在一起。他認為應對這些研發(fā)活動加以協(xié)調(diào)。若能將在中國石墨烯研發(fā)方面的各種努力統(tǒng)一整合在單一計劃之下，肯定是有益的。