揭秘石墨烯“黑”技術(shù)

訪(fǎng)北京石墨烯研究院院長(zhǎng)劉忠范院士

　　10月25日揭牌成立的北京石墨烯研究院是由北京市科委推動(dòng)成立的全國(guó)科技創(chuàng)新中心首批新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，未來(lái)將專(zhuān)注于石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)研發(fā)與相關(guān)服務(wù)。北京石墨烯研究院會(huì)給我們帶來(lái)哪些石墨烯新技術(shù)、新產(chǎn)品，又是如何探索殺手锏級(jí)的應(yīng)用，尤其是規(guī)?；闹苽浼夹g(shù)呢？北京石墨烯研究院院長(zhǎng)劉忠范院士向記者講述了我們不知道的石墨烯“黑”技術(shù)。

　　石墨烯薄膜：

　　制備水平國(guó)際最高

　　北京石墨烯研究院發(fā)明了卷對(duì)卷連續(xù)動(dòng)態(tài)石墨烯薄膜生長(zhǎng)方法，成功研制出規(guī)?；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）生長(zhǎng)裝備。據(jù)介紹，目前研究院薄膜制備技術(shù)可年產(chǎn)石墨烯薄膜2萬(wàn)平方米。此外，研究院在國(guó)際上還率先研制出4英寸單晶石墨烯晶圓批量制備裝備。研究團(tuán)隊(duì)利用超潔凈石墨烯制備技術(shù)，可使石墨烯薄膜表面潔凈度達(dá)90%以上，也由此賦予了其高導(dǎo)電性、低接觸電阻和高透明度等特征，代表了當(dāng)前石墨烯薄膜制備的最高水平。

　　石墨烯玻璃：

　　升級(jí)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)

　　所謂超級(jí)石墨烯玻璃，是通過(guò)在傳統(tǒng)玻璃上直接生長(zhǎng)石墨烯薄膜，賦予普通玻璃所不具備的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、自清潔以及生物相容等特性。劉忠范團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新的一系列CVD生長(zhǎng)方法，實(shí)現(xiàn)了石墨烯在任意玻璃上直接生長(zhǎng)，并成功研制出超級(jí)石墨烯玻璃規(guī)?；苽溲b備，單臺(tái)設(shè)備年產(chǎn)能達(dá)5000平方米。

　　這種新型石墨烯玻璃催生出一系列全新的應(yīng)用，包括智能窗、觸控屏、智能投影墻、玻璃電熱片、防霧鏡、高效細(xì)胞培養(yǎng)皿和光學(xué)傳感器等，為傳統(tǒng)玻璃產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代開(kāi)辟新路徑。

　　烯碳光纖：

　　光電防腐特性出眾

　　基于CVD生長(zhǎng)技術(shù)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了石墨烯在石英光纖表面的層數(shù)可控生長(zhǎng)，研發(fā)出的光纖具有優(yōu)良的防腐性能，機(jī)械強(qiáng)度也有顯著提升，并擁有特殊的光電特性。

　　據(jù)介紹，采用烯碳光纖制作的新型電光調(diào)制器，開(kāi)關(guān)電壓僅需3伏，遠(yuǎn)低于商用的無(wú)機(jī)晶體電光調(diào)制器。此外，這種光纖還可用于制造光纖探測(cè)器、光纖傳感器、鎖模超快激光器等，有望成為光纖領(lǐng)域的變革性新技術(shù)。

　　特別值得一提的是，烯碳防腐光纖未來(lái)在油井方面將大有用途。一般油井傳感主要靠不銹鋼軟管密封結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光纜的耐腐蝕性能，但由于光纜受力較大、油井腐蝕性強(qiáng)和溫度高，傳統(tǒng)光纜不能滿(mǎn)足當(dāng)前需求，而石墨烯的隔離能力可極大提高油井傳感光纜的耐用性。

　　石墨烯器件：

　　半導(dǎo)體照明核心技術(shù)

　　研究院首創(chuàng)的石墨烯緩沖層技術(shù)，大幅改善了氮化鎵等薄膜材料的外延生長(zhǎng)質(zhì)量，使LED光輸出功率提升達(dá)35%，并且開(kāi)啟電壓也顯著降低，在大注入電流下發(fā)光波長(zhǎng)穩(wěn)定。

　　鑒于石墨烯的優(yōu)異導(dǎo)熱性能，其引入有望提高LED器件的散熱性能和使用壽命，成為新一代半導(dǎo)體照明核心技術(shù)。

　　石墨烯玻纖：

　　軍民融合應(yīng)用范例

　　與傳統(tǒng)玻璃纖維相比，石墨烯玻璃纖維的力學(xué)和熱學(xué)性能有顯著提升，這有助于改善導(dǎo)彈和各種飛行器的飛行特性，從而提高制導(dǎo)精度。

　　而在民用交通領(lǐng)域，這種新型玻璃纖維也有著廣闊應(yīng)用前景，其獨(dú)特的力學(xué)、熱學(xué)及電學(xué)性能將提高民用交通工具的智能化及低能耗化。石墨烯玻纖由此成為石墨烯在軍民融合領(lǐng)域應(yīng)用的范例。

　　石墨烯輪胎：

　　取代炭黑延長(zhǎng)壽命

　　石墨烯輪胎具有高耐磨性，添加很少量的石墨烯粉體，就可取代普通輪胎生產(chǎn)過(guò)程中使用的炭黑，并延長(zhǎng)輪胎的使用壽命。此外，石墨烯導(dǎo)電輪胎能夠在不同環(huán)境接地條件下，連續(xù)可靠導(dǎo)出車(chē)體靜電；提高輪胎抗?jié)窕阅艿紸級(jí)，一定程度降低滾動(dòng)阻力，有效減少油耗、降低二氧化碳等氣體排放。

　　據(jù)劉忠范介紹，北京石墨烯研究院10年規(guī)劃投資20億元，目前已組建上百人的研發(fā)管理團(tuán)隊(duì)，建立5個(gè)研發(fā)部門(mén)，實(shí)現(xiàn)公共儀器平臺(tái)首批設(shè)備到位。未來(lái)，他們將致力于打造石墨烯產(chǎn)業(yè)的基石和核心競(jìng)爭(zhēng)力，相信不久的將來(lái)，會(huì)有更多的石墨烯“黑”科技浮出水面。