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四大領域成為石墨烯研發重點

石墨烯,被公認為21 世紀的“未來材料”和“革命性材料”。是目前發現的硬度最高、韌性最強的納米材料,在電子學、光學、磁學、生物醫學、催化、儲能和傳感器等領域應用前景廣闊。

世界各國紛紛将石墨烯及其應用技術研發作為長期戰略予以重點關注。其應用技術研究布局熱點包括:石墨烯用作锂離子電池電極材料、太陽能電池電極材料、薄膜晶體管制備、傳感器、半導體器件、透明顯示觸摸屏等。上海科技發展研究中心近日發布的報告稱,從石墨烯專利領域分布來看,四大領域将成為其應用研發熱點。

一是傳感器領域。主要用于氣體、生物小分子、酶和DNA電化學傳感器的制作。新加坡南洋理工大學開發出了敏感度是普通傳感器1000倍的石墨烯光傳感器;美國倫斯勒理工學院研制出性能遠超現有商用氣體傳感器的廉價石墨烯海綿傳感器。

二是儲能和新型顯示領域。石墨烯被認為是觸摸屏制造中最有潛力替代氧化铟錫的材料,三星、索尼、輝銳、3M、東麗、東芝等龍頭企業均在此領域作了重點研發布局。美國德州大學奧斯汀分校研究人員利用KOH對石墨烯進行化學修飾重構形成多孔結構,得到的超級電容的儲能密度接近鉛酸電池。密歇根理工大學科學家研發出一種獨特蜂巢狀結構的三維石墨烯電極,光電轉換效率達到7.8%,且價格低廉,有望取代鉑在太陽能電池中的應用。

三是半導體材料領域。石墨烯被認為是替代矽的理想材料,大量有實力的企業均開展了石墨烯半導體器件的研發。美國哥倫比亞大學研發出石墨烯-矽光電混合芯片,在光互連和低功率光子集成電路領域具有廣泛的應用前景。IBM的研究人員開發出了石墨烯場效應晶體管,其截止頻率可達100GHz。

四是生物醫學領域。以石墨烯為基層的生物裝置或生物傳感器可以用于細菌分析、DNA 和蛋白質檢測。如美國賓夕法尼亞大學開發的石墨烯納米孔設備可以快速完成DNA測序。

随着石墨烯制備技術的逐步成熟和應用研發的逐步擴展,在各國政府和企業的大力推動下,研發成果轉化與産業化發展迅速。截至目前,相當數量的研發項目已順利完成并進入商業化準備期,石墨烯産業有望進入井噴式發展期。

各國政府紛紛亮出“商業化時間表”。如,美國“俄亥俄州研究商業化資助項目(ORCGP)”開展锂離子電池納米石墨烯複合電極的産業化應用,依據商業化進程設定項目研究計劃;日本東北大學石墨烯合成項目組制定了詳細的研究與産業化計劃,在技術研發的基礎上力争到2014年開發出樣品,并于2017年開發出産品制造設備;韓國宣布未來6年将投入4230萬美元,整合國内研究力量以協助企業的石墨烯應用技術商業化,并希望借此打造每年17萬億韓元的市場。

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