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石墨烯柔性觸摸屏 將撬動全球萬億產(chǎn)值規(guī)模

2016-04-14

  2004年,,兩位俄裔英籍科學(xué)家將石墨烯成功從石墨中分離。石墨烯集合世界上最優(yōu)質(zhì)的各種材料品質(zhì)于一身,,如果說20世紀(jì)是硅的世紀(jì),,神奇的石墨烯則是21世紀(jì)新材料的寵兒。

  石墨烯用途非常廣泛,,是一種被科學(xué)家寄于厚望的新型材料,。在制造業(yè),它不僅被運(yùn)用在半導(dǎo)體芯片,、光子傳感器,、太陽能電池等領(lǐng)域,而且在柔性觸摸屏方面上,,石墨烯也有相當(dāng)大的用途,。

  日前,一種可以隨意卷曲也不會影響使用效果的觸摸屏在重慶研制成功,。中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院表示,,他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了15英寸單層石墨烯的制備,,并成功地將石墨烯透明電極應(yīng)用于電阻觸摸屏上,制備出7英寸石墨烯觸摸屏,。該研究院微納制造與系統(tǒng)集成研究中心副主任史浩飛表示,,目前該技術(shù)在國內(nèi)居于領(lǐng)先地位。

  據(jù)了解,,觸摸屏是目前最簡單,、自然的一種人機(jī)交互方式,賦予了多媒體嶄新的面貌,。透明電極作為觸摸屏的核心組成部分,,成為當(dāng)前的重要研究領(lǐng)域之一。目前,,市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品采用的材料為氧化銦錫,,不僅價(jià)格高,而且易碎,。新興的石墨烯觸摸屏,,具有原材料獲取方便、制造成本低,、制備工藝簡單,、低碳環(huán)保等優(yōu)勢,優(yōu)異的柔韌性更使其具有強(qiáng)大的市場競爭力,。

  史浩飛表示,,廣州、深圳等地的風(fēng)投機(jī)構(gòu)已對石墨烯產(chǎn)生了濃厚的興趣,,正在與中科院重慶研究院洽談合作,。研究人員也正積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的設(shè)備改造,預(yù)計(jì)年內(nèi)達(dá)到批量生產(chǎn)的能力,。2015年后,,市場上有望見到能夠卷曲的觸摸屏產(chǎn)品,。

  石墨烯是目前世界上已知的最薄的材料,,幾乎完全透明,具有良好的導(dǎo)熱,、導(dǎo)電性能,。

  為推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化,中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟日前在京成立,。該聯(lián)盟由清華大學(xué),、中科院金屬研究所、北京現(xiàn)代華清材料科技發(fā)展中心等核心單位發(fā)起,,聯(lián)合國內(nèi)從事石墨烯研發(fā),、產(chǎn)業(yè)化的22家法人機(jī)構(gòu),。聯(lián)盟成員包括6所高校、4家中科院研究所,、17家企業(yè),,基本囊括了國內(nèi)石墨烯研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的主流單位。

  作為一種新型的納米材料,,石墨烯以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu),、力學(xué)和電子性質(zhì),在藥物投遞,、腫瘤治療等生物納米技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,。它是目前人類已知強(qiáng)度最高、韌性最好,、重量最輕,、透光率最高、導(dǎo)電性最佳的材料,。

  分析認(rèn)為,,首先,石墨烯如果取代硅,,有望讓計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度快數(shù)百倍,。其次,石墨烯有望引發(fā)觸摸屏和顯示器產(chǎn)品的革命,,制造出可折疊,、伸縮的顯示器件。再其次,,石墨烯可以推動超級電容器發(fā)展,,使得同等體積的電容擴(kuò)充5倍以上的容量。此外,,石墨烯因超強(qiáng)的光轉(zhuǎn)換能力,,可制成性能更好的激光器。石墨烯因其超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度,,也有望被用于制造紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料,、超堅(jiān)韌的防彈衣和“太空電梯”的纜線,在這些領(lǐng)域?qū)⒁l(fā)革命性的突破,。

  作為一種技術(shù)含量極高的碳材料,,石墨烯在觸控屏、半導(dǎo)體,、光伏,、鋰電池、光器件,、航天,、軍工,、LED、激光等領(lǐng)域都將帶來一次材料革命,。由于售價(jià)高昂,,石墨烯目前尚未產(chǎn)業(yè)化。有分析認(rèn)為,,作為一種理想的替代型材料,,石墨烯一旦實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化其產(chǎn)值至少在萬億以上。

  中國產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢明顯

  中國具有發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)得天獨(dú)厚的條件,。數(shù)據(jù)顯示,,我國石墨礦儲量占世界總儲量的75%,生產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的72%,,是我國少有的幾種具有國際競爭優(yōu)勢的礦產(chǎn)之一,。

  論壇上,各科研單位專家和企業(yè)代表認(rèn)為,,石墨烯在我國的應(yīng)用前景十分廣闊,,現(xiàn)在行業(yè)正處于從技術(shù)向商業(yè)演變的關(guān)鍵時(shí)期。但從實(shí)際情況來看,,成本和工藝問題的存在使得石墨烯短期內(nèi)無法形成真正的商業(yè)規(guī)模,,在應(yīng)用領(lǐng)域來看,鋰電池和環(huán)保涂層材料有望是國內(nèi)石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域未來的一大突破口,。

  石墨烯的制成需要有尖端的制備工藝,,目前業(yè)內(nèi)主要有四種制備方法,分別是機(jī)械剝離法,、外延生長法,、氧化石墨還原法和氣相沉積法(CVD)。前三種的原材料均為石墨,,CVD法原材料則為甲烷居多,。由于制造成本相對較低,目前業(yè)內(nèi)多采用機(jī)械剝離法和氧化石墨還原法制造石墨烯,。

  中科院寧波材料所石墨烯研究團(tuán)隊(duì)研究員周旭峰表示,,目前國內(nèi)對石墨烯的應(yīng)用前景頗為看好,多個(gè)領(lǐng)域都準(zhǔn)備躍躍欲試,。但從實(shí)際情況來看,,制造工藝不穩(wěn)定和成本居高不下,仍是石墨烯走向產(chǎn)業(yè)化最需要解決的問題,,從制造工藝來看,目前業(yè)內(nèi)的四種方法均有各自的優(yōu)勢和缺陷,,產(chǎn)業(yè)技術(shù)路徑仍在探討之中,。周旭峰認(rèn)為,,由于產(chǎn)業(yè)鏈相對較短,環(huán)保和儲能領(lǐng)域有望成為率先實(shí)現(xiàn)石墨烯商用,。

  在相關(guān)政策扶持方面,,工信部原材料司副司長高云虎表示,在編制新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃的時(shí)候,,石墨烯還沒有目前這樣熱門,,產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景也并不明朗,因此在規(guī)劃文本,、產(chǎn)品目錄中沒有把石墨烯作為主要重點(diǎn),,但隨著技術(shù)和應(yīng)用的突破,下一步會統(tǒng)籌研究并予以考慮,。

  產(chǎn)業(yè)化難題待破

  業(yè)內(nèi)專家指出,,石墨烯目前整體主要還處在研發(fā)階段,制備石墨烯的技術(shù)工藝還不太成熟,,而且成品面積相對較小,,不能適應(yīng)工業(yè)化應(yīng)用。各國對于這個(gè)新興材料還處于一個(gè)專利布局期,,整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈也還沒有形成,。我國在石墨烯基礎(chǔ)研究方面已經(jīng)十分突出。

  有關(guān)研究顯示,,截至2012年底,,我國發(fā)表的石墨烯論文數(shù)量已經(jīng)超過美國,名列世界首位,,而且部分團(tuán)隊(duì)的研究成果受到了世界各國的高度重視,,被引用達(dá)數(shù)千次之多。飛速發(fā)展的還有我國的石墨烯專利數(shù)量,,無論從專利受理數(shù)量,,還是優(yōu)先權(quán)專利數(shù)量來看,我國都是僅次于美國的世界第二大國,。這意味著,,一方面我國企業(yè)高度重視石墨烯技術(shù)開發(fā)并積極申請專利保護(hù),另一方面也表明世界其他國家對我國石墨烯市場相當(dāng)關(guān)注,。

  然而,,在石墨烯產(chǎn)業(yè)化道路上存在諸多現(xiàn)實(shí)問題,一方面尚未具備規(guī)?;a(chǎn)能力,,產(chǎn)品成本高;另一方面石墨烯還未真正形成下游的應(yīng)用和需求,。因此現(xiàn)在既要盡可能降低成本實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn),,又要盡快在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)突破。目前進(jìn)行石墨烯研究的主要是高校院所等研究單位和少數(shù)中小企業(yè),,研究力量比較分散,,要盡快實(shí)現(xiàn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化,必須通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)研協(xié)作,,建立一條完整的涵蓋石墨烯研發(fā),、規(guī)模化身材干旱,、下游應(yīng)用等全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的技術(shù)路線和公共科技服務(wù)平臺和測試平臺,,通過全行業(yè)的共同努力,共同突破關(guān)鍵的技術(shù)難題以及在應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破,,并不斷提高技術(shù)水平和管理水平,。

  石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的組建宗旨是為了整合協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)資源;以推進(jìn)低成本石墨烯及裝備的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo),,建立上下游,、產(chǎn)學(xué)研信息、知識產(chǎn)權(quán)等資源共享機(jī)制,;建立與政府溝通的渠道及人才培養(yǎng),、國際合作的平臺;推動標(biāo)準(zhǔn),、評價(jià),、質(zhì)量檢測體系的建立,促進(jìn)成員單位的自身發(fā)展,,提升低成本石墨烯的整體競爭力,,從而達(dá)到推動石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目的。

  石墨烯作為ITO導(dǎo)電膜的替代性材料曾被觸摸屏行業(yè)高度關(guān)注,。石墨烯技術(shù)可以使得顯示屏具有柔性,,但由于手機(jī)等智能終端的產(chǎn)業(yè)鏈太長,產(chǎn)品的成形需要電路板,、機(jī)身材料等整個(gè)供應(yīng)鏈的配合,。理論上講這些東西在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn),但要商用還需要一定的時(shí)間,,不僅因?yàn)槌杀倦x譜,,良率問題也很不樂觀。業(yè)內(nèi)人士表示,,三星電子前期在這方面投入了大量的研發(fā)資源,,原計(jì)劃在今年要推出一款類似的概念。

  石墨烯離產(chǎn)業(yè)化還有多遠(yuǎn)?

  “一年之前,,我不敢說我的單層石墨烯已經(jīng)規(guī)?;a(chǎn),,但現(xiàn)在敢說了,。”上海交通大學(xué)郭守武教授在臺下對記者如是說,。

  就在之前半小時(shí),,郭教授團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)成果在臺上展示PPT時(shí),受到了臺下企業(yè)界的追問,,“我要5公斤,,你能給我嗎?”“簽了合同,,幾天就能給你,。”“價(jià)格多少,?”“我成本是0.5元/克,,但這是郭老師幾年心血,他肯定不會以這個(gè)價(jià)賣給你,?!?/p>

  在國際上,單層石墨烯售價(jià)是2000元/克,。

  同樣是石墨烯制備者,,中科院寧波材料所劉兆平受到同行的追問,“你9塊錢太貴了,,你能做到1元/克嗎,?”“當(dāng)然可以?!薄耙粌擅X呢,?”“這是商業(yè)秘密?!?/p>

  劉兆平團(tuán)隊(duì)多層石墨烯(比單層制備更容易,,成本更低)技術(shù)已經(jīng)賣給了華南家族控股股東南江集團(tuán)的兄弟單位。據(jù)悉,,該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目預(yù)計(jì)于11月投產(chǎn),,是全球首條30噸石墨烯生產(chǎn)線。

  對于該項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化前景,,劉兆平稱“關(guān)鍵看下游,。”

  中科院金屬所與金路集團(tuán)簽訂了技術(shù)合作協(xié)議。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人任文才告訴記者,,去年該項(xiàng)目已經(jīng)完成了中試,,隨時(shí)可以工業(yè)化,“關(guān)鍵看下游市場,?!?/p>

  石墨烯下游應(yīng)用廣泛,如鋰電池,、涂料,、LED等。下游應(yīng)用市場若沒有成熟,,制備就難以量產(chǎn),。一家深圳公司2010年就開始賣石墨烯,但苦于應(yīng)用市場沒有起來,,銷量一直做不起來,。

  不過,石墨烯下游應(yīng)用在部分領(lǐng)域可能率先突破,。南京科孚納米技術(shù)有限公司蕭小月總經(jīng)理透露,,一位做散熱復(fù)合材料的海外客戶已經(jīng)提出計(jì)劃,希望逐月實(shí)現(xiàn)每月四噸的供貨需求,。

  劉兆平認(rèn)為,,鋰電池、LED將有望成為國內(nèi)最先利用石墨烯的下游行業(yè),。

  不過,,北京一企業(yè)試用了多家科研單位試驗(yàn)室石墨烯產(chǎn)品,他認(rèn)為,,上游石墨烯品質(zhì)并不穩(wěn)定,。

  石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈雖然沒有成熟,但投資熱潮已經(jīng)顯現(xiàn),,劉兆平作為較早掌握該技術(shù)的科研人員對此感觸很深,,他用“太狂熱了”來形容。


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