石墨烯的發(fā)展歷程

1、 石墨烯的發(fā)展歷程 關(guān) 注FOCUS我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況及展望 中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟石墨烯是一種由碳原子緊密堆 積構(gòu)成的二維晶體，也就是只有一個 碳原子厚度的單層石墨薄 片（圖 1）關(guān) 注FOCUS我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況及展望 中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟石墨烯是一種由碳原子緊密堆 積構(gòu)成的二維晶體，也就是只有一個 碳原子厚度的單層石墨薄 片（圖 1）。由于其特殊的結(jié)構(gòu)，它成為到目前為 止人類已知的強度最高、韌性最好、 質(zhì)量最輕、透光率最高、導電性最佳 的材料。也正因為如此，各國科技界 和產(chǎn)業(yè)界均不遺余力地推動石墨烯 在電子信息、新能源、照明、生物醫(yī)用 等各個領(lǐng)域的實際應(yīng)用。一、石墨烯結(jié)

2、構(gòu)及特性在微觀結(jié)構(gòu)上，石墨烯是一種由碳原子以s p2雜化軌道組成的六角形圖 1 石墨烯12 Advanced Materials IndustryFOCUS呈蜂巢晶格的平面薄膜結(jié)構(gòu)，而在原子尺度上其結(jié)構(gòu)十分特殊，只能用相 對論量子力學才能描繪。由于結(jié)構(gòu)上 的特殊性，使得石墨烯擁有了其它材 料所不具備的特殊性能，主要體現(xiàn)在 以下幾個方面 ：超強導電性 ：由于石墨烯擁FOCUS呈蜂巢晶格的平面薄膜結(jié)構(gòu)，而在原子尺度上其結(jié)構(gòu)十分特殊，只能用相 對論量子力學才能描繪。由于結(jié)構(gòu)上 的特殊性，使得石墨烯擁有了其它材 料所不具備的特殊性能，主要體現(xiàn)在 以下幾個方面 ：超強導電性 ：由于石墨烯擁有 完美的“二

3、維”平面晶格結(jié)構(gòu)，因此電 子在晶格中移動時，不會因為晶格缺 陷或引入外來原子而發(fā)生散射。另外， 由于石墨烯中碳原子之間作用力很 強，使得運動中的電子受到的干擾極 小，即使在周圍碳原子發(fā)生碰撞時也 是如此，因此電子具有非?？斓倪\動 速 度（能夠達到光速的 1/300），遠遠 超過了電子在其他金屬導體或半導體 中的運動速度，正因如此，石墨烯擁有 超強的導電性能。超高強度 ：石墨烯的硬度高于 金剛石，是目前為止人類已知的硬度 最高的物質(zhì)。由于高的硬度，石墨烯擁 有很高的強度，其強度比世界上最好 的鋼鐵還要高上 100倍。而同時它又 擁有很好的韌性，且可以彎曲。導熱性能 ：石墨烯的導熱性能優(yōu) 于碳納米

4、管。普通碳納米管的導熱系數(shù)可 達3500W/mK，各種金屬中導熱系數(shù)相 對較高的有銀、銅、金、鋁，而單層石墨烯 的導熱系數(shù)可達5300W / mK。優(yōu)異的 導熱性能使得石墨烯有望作為未來超大規(guī)模納米集成電路的散熱材料。超大比表面積 ：由于單層石墨烯只有一個碳原子厚（ m），所 以石墨烯擁有超大的比表面積。在理 想情況下，單層石墨烯的比表面積能 夠達到 2 630m2/ g，而目前普通的活 性炭的比表面積為 1 500m2/ g，石 墨 烯這種比表面積超大的特性使它在儲 能領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。會降低石墨烯特殊屬性?；瘜W氣相 沉積（C V D）是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣 泛的一種規(guī)模化沉積半導體薄膜的

5、制備技術(shù)，工藝簡單，能夠制備大面 積石墨烯薄膜。但缺點是理想的基 片材料單晶鎳的價格太昂貴，使得 綜合制造成本偏高。綜上所述，到目前為止，還沒有 形成一種成熟的方法大規(guī)模地生產(chǎn) 質(zhì)量較高的工業(yè)級石墨烯。表 1列出 了上述 4種制備方法的對比，其中， 氧 化 石 墨 還 原 法 因 為 工 藝 較 為 簡 單，成本較低，相對更加容易量產(chǎn)， 是目前生產(chǎn)石墨烯粉體材料的主流 制備工藝。但該方法在制備過程中 容易破壞石墨烯的分子結(jié)構(gòu)，影響 石墨烯的性能，而且得到的石墨烯 粉體由于比表面積太大不易分散， 團聚比較嚴重，因此采用該方法制 備的最終產(chǎn)品的實際性能與理論值 有很大差距。氣相沉積法是石墨烯 另一

6、個相對較成熟的制備方法，主 要用于制備石墨烯薄膜。這種方法 依然有很多技術(shù)問題需要解決，如 石墨烯的某些特殊屬 性（量子霍爾 效應(yīng)等），在氣相沉積法制備的石墨 烯中觀察不到，說明氣相沉積法的 制備過程對石墨烯的結(jié)構(gòu)完整性會 有影響。目前氣相沉積法制備的石 墨烯片尺寸只有平方厘米的量級，不能滿足工業(yè)化應(yīng)用的需求。二、石墨烯的制造方法及對比目前在工業(yè)上和實驗室中制備石 墨烯的方法主要有 4種，分別是 ：微機 械剝離法、外延生長法、氧化石墨還原 法和氣相沉積法。其 中，微 機 械 剝 離 法 是 直 接 將 石墨烯薄片從較大的石墨晶體上剝 離 下 來 的 方 法，操 作 相 對 簡 單，但 制 作的

7、石墨烯尺寸難以控制，不適合 量產(chǎn)。外延生長法是以單晶碳化硅 （S i C）為 原 料，在 超 高溫 和 超高 真 空的條件下蒸發(fā)除去硅原子，剩下 的碳原子在原來的碳化硅單晶面上 通過結(jié)構(gòu)重排形成單層或多層石墨 烯。這 種 方 法 可 以 得 到 尺 寸 較 大、質(zhì) 量較高的單晶石墨烯，但工藝條件 苛 刻，成 本 非 常 高。氧 化 石 墨 還 原 法 是目前公認的最容易實現(xiàn)工業(yè)化生 產(chǎn) 的 方 法，成 本 低 廉，但 這 種 方 法 有 一個突出缺點是在氧化還原的過程 中，石墨烯的電子結(jié)構(gòu)以及晶體的 完整性容易受到強氧化劑的破壞，表 1石墨烯 4 種制備方法比較生產(chǎn)方法產(chǎn)品尺寸產(chǎn)品質(zhì)量制造成本

8、是否適合產(chǎn)業(yè)化微機械剝離法中小尺寸分子結(jié)構(gòu)較為完整較低不易形成量產(chǎn)外延生長法大尺寸薄片不容易與SiC分離較高適合小批量生產(chǎn)氧化石墨還原法大尺寸分子結(jié)構(gòu)膠容易被破壞較低可以大規(guī)模生產(chǎn)氣相沉積法大尺寸結(jié)構(gòu)完整、質(zhì)量較好較高可以大規(guī)模生產(chǎn)新材料產(chǎn)業(yè) 2013 13 關(guān) 注FOCUS三、石墨烯的應(yīng)用及市場潛力石墨烯作為一種在多個方面性能 都極為優(yōu)異的碳材料，必然會在諸多 領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，對半導體 行業(yè)、光伏領(lǐng)域、儲能領(lǐng)域、航天、新一 代顯示器等領(lǐng)域都可能帶來革命性的 影響，石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域見圖 2。盡管石 墨烯目前尚未產(chǎn)業(yè)化，售價還很高，但 是憑借其特殊的物理結(jié)構(gòu)和特質(zhì)，有 望推動多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)革

9、命性的變革， 這些目標一旦實現(xiàn)將成為下一個萬億 級的產(chǎn)業(yè)。1. 石墨烯電子器件由于硅材料在電子信息領(lǐng)域的 應(yīng)用即將進入一個瓶頸期，研究人員 不斷需求新的FOCUS三、石墨烯的應(yīng)用及市場潛力石墨烯作為一種在多個方面性能 都極為優(yōu)異的碳材料，必然會在諸多 領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，對半導體 行業(yè)、光伏領(lǐng)域、儲能領(lǐng)域、航天、新一 代顯示器等領(lǐng)域都可能帶來革命性的 影響，石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域見圖 2。盡管石 墨烯目前尚未產(chǎn)業(yè)化，售價還很高，但 是憑借其特殊的物理結(jié)構(gòu)和特質(zhì)，有 望推動多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)革命性的變革， 這些目標一旦實現(xiàn)將成為下一個萬億 級的產(chǎn)業(yè)。1. 石墨烯電子器件由于硅材料在電子信息領(lǐng)域的 應(yīng)用即將

10、進入一個瓶頸期，研究人員 不斷需求新的、能夠進一步減小集成 電路尺寸、速度更快、價格更便宜的 替代材料。石墨烯在眾多的備選材料 中最引人矚目。很多電子設(shè)備，比如 手機，為了獲得更大的信息量，使用頻 率變得越來越高，但是手機的發(fā)熱量 將隨著工作頻率的提高而變得越來 越大，這極大地影響了高頻下手機性 能的提升。石墨烯具有極高的電子遷 移速度，并且發(fā)熱量較小，這種特性 非常適合在高頻電路中應(yīng)用，在微電 子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。使用 石墨烯作為基質(zhì)生產(chǎn)出的處理器能 夠達到 1T H （z 即 1 000G H z），石墨烯 晶體管結(jié)構(gòu)示意見圖 3。美國I B M與 韓國三星尖端技術(shù)研究所（S A

11、I T）均 在 2010年 12月舉行的半導體制造技 術(shù)相關(guān)國際會議上發(fā)布了通道層使 用石墨烯的高速動作型R F電路用電 場效應(yīng)晶體管（F E T）。I B M的石墨烯F E T的最大截止頻率高達 240G H z。另外，加州大學洛杉磯分校也已發(fā)布 了截止頻率 300G H z的石墨烯F E T。300G H z的截止頻率已經(jīng)可以和砷化鎵（G a A s）和磷化銦（I n P）等化合物功能性材料導電膜100nm 10m 1mm 10cm 10m1km 100km 1萬km元件/構(gòu)造體的尺寸用于構(gòu)造體的材料石墨烯的專用用途也在研究或開發(fā)CNT用途注 ：石墨烯的用途分特殊尺寸用途、電子器件用途和構(gòu)

12、造體用途，部分用途與碳納米管（CNT）重疊圖 2石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域鉑柵電極雙層石墨烯石墨烯場效應(yīng)晶體管圖 3 石墨烯晶體管結(jié)構(gòu)示意圖半導體晶體管相匹敵。石墨烯可替代晶體硅應(yīng)用在芯 片領(lǐng) 域。根據(jù)臺灣產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 （I E K）的預 測，如果石墨烯能替代 10%的晶體硅來制造高端集成電路， 便至少有望獲得在 5 000億元以上的 市場容量。英國曼徹斯特大學的科研 人員已經(jīng)設(shè)計出一種新型石墨烯晶體 管，電子在其中可借助隧穿和熱離子 效應(yīng)，同時從上方和下方穿越障礙，并 在室溫下展現(xiàn)出高達 1106的開關(guān)比 率。由于僅具有幾個原子層的厚度，新 型晶體管能夠耐受彎曲，未來更有望 應(yīng)用于柔性、透明電子設(shè)備

13、的制造，成 為后互補金屬氧化物半導體（CMOS）設(shè)備時代的有力備選。2. 石墨烯鋰離子電池鋰離子電池是目前在消費電子領(lǐng) 域應(yīng)用最廣泛的一種二次電池，具有 能量密度大、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，但是 一來功率密度還不夠大，二來電池滿 充所需要的時間較長，一般至少需要 幾個小時，這些都制約了鋰離子電池 在純電動車領(lǐng)域的應(yīng)用。通過引入石墨烯技術(shù)，可以使鋰 離子電池同時滿足電動汽車領(lǐng)域?qū)δ?量密度和功率密度的要求，因此鋰離 子電池電極可能是石墨烯首先獲得應(yīng) 用的領(lǐng)域。其中一個方向是石墨烯復合電極材料。石墨烯優(yōu)異的導電性能14 Advanced Materials Industry宇宙電梯顯示器及太陽 能電池用

14、透明有機太陽能電 池用材料觸摸面授用透 明導電膜單電子晶體管鋰離子充電電 池的電極等1nm釣魚竿/高爾夫球棒/球拍汽車/飛機的結(jié) 構(gòu)造體等吸氫材料柔性晶體管兩極性晶體管LSI總體布線高輸出功率太 赫茲激光元件各種THz頻率 RF部件超高靈敏度氣體傳感器關(guān) 注FOCUS可提升電極材料的電導率，進而提升鋰離子電池的充FOCUS可提升電極材料的電導率，進而提升鋰離子電池的充放電速度；同時，石 墨烯“柔韌”的二維層狀結(jié)構(gòu)可以有效 抑制電極材料在充放電過程中因體積 變化引起的材料粉化，并增強與集流 體間的導電接觸。因此，石墨烯能夠改 善鋰電池正負極材料的電化學性能， 磷酸鐵鋰/石墨烯復合正極材料就是 一

15、個很好例子。另一個方向是作為鋰 電池的導電添加劑。加入石墨烯后，鋰 電池的大電流充放電性能、循環(huán)穩(wěn)定 性和安全性都因此得到了非常大的改 善。加入石墨烯改善性能的鋰離子電 池，有可能實現(xiàn) 10m i n左右時間充滿 電，并且一次充電可以行使 500km。3. 石墨烯超級電容器超級電容器又稱電化學電容器或 雙電層電容器（E D L C），是一種靠極 化電解液來存儲電能的新型電化學裝 置。由于它有較高的功率密度、近乎無 限的循環(huán)次數(shù)，因此在各類需要能源 轉(zhuǎn)化的領(lǐng)域，包括新能源汽車、電力、 通信、軍工、消費類電子產(chǎn)品等眾多領(lǐng) 域都有著巨大的市場應(yīng)用價值。目前， 研究和應(yīng)用最廣泛的超級電容器電 極材料主

16、要是碳質(zhì)材料，包括活性炭（A C）、活性碳纖維（A C F）、碳納米管 等，其中最為成熟的是活性炭。由于石墨烯理論上具有極高的比表面積，在結(jié)構(gòu)上每個單層石墨烯晶體都是獨立存在的，因此石墨烯片層的兩 側(cè)均可以富集電荷形成雙電層。另外， 石墨烯片層所特有的褶皺以及疊加效 果，可以形成的納米孔道和納米空穴， 有利于電解液的擴散，因此石墨烯基的 超級電容器具有良好的功率特性，石墨 烯基超級電容器示意圖如圖 4所示。4. 石墨烯顯示器件由于氧化銦錫材料（I T O）同時具 有優(yōu)異的導電和透光性能，因此目前 顯示器件中使用的導體材料基本上都 是ITO材料，但ITO具有價格高、易碎、 有毒等缺點，所以其替代

17、材料的研究 始終沒有停止。石墨烯作為一種具有 非常高的導電性，又幾乎完全透明的 材料，十分適合作為透明導體材料用 于制作顯示器件。另外，石墨烯還具有 韌性非常好的特點，能夠拉伸 20%而 不斷裂，還能夠制作可折疊、伸縮的柔 性顯示器件。因此，雖然目前制作大面 積石墨烯時，由于會混入很多雜質(zhì)及 缺陷，使得大多數(shù)制品的導電性及透 明性都尚未達到I T O的水平，但是石 墨烯仍有望用于觸摸面板領(lǐng)域。目前，全球每年對觸摸屏的需求 十分巨大，2012年I T O導電玻璃的市 場容量達到了 8 500萬9 500萬片。對比現(xiàn)有手機觸摸屏，石墨烯觸摸屏具有不可比擬的優(yōu)勢，它更環(huán)保、更便 宜，也更耐用。當前已

18、有多家公司制造 出了樣品，預計石墨烯觸摸屏在近一 兩年就有望實現(xiàn)量產(chǎn)。5. 石墨烯復合材料相對于碳納米管，石墨烯具有更 大的比表面積和較低的生產(chǎn)成本，適 合于開發(fā)高性能的復合材料。利用石 墨烯優(yōu)良的特性與其他材料復合可賦 予材料優(yōu)異的性質(zhì)，如將石墨烯添加 到高分子中，可以提高高分子材料的 機械性能和導電性能；以石墨烯為載 體的負載納米粒子，可以在催化、傳感 器、超級電容器等領(lǐng)域中得到應(yīng)用。6. 石墨烯散熱膜散熱薄膜是計算機、手機制造中 的關(guān)鍵材料，比如蘋果手機目前用的 散熱膜是用石墨片制成的，而石墨烯 制成散熱膜的散熱性能會大大優(yōu)于石 墨片。高性能的石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品具有 廣泛的市場應(yīng)用前景，針對

19、高性能、超 薄以及大功耗電子產(chǎn)品如智能手機、 平板手持電腦、大功率節(jié)能LED照明、 超薄L C D電視等，石墨烯散熱薄膜都 具有極高的應(yīng)用價值。四、與石墨烯相關(guān)的國內(nèi)國際政策1. 中國近幾年，石墨烯逐漸引起了我國 政府、學術(shù)界和企業(yè)界的高度重視。2012年，工業(yè)和信息化部發(fā)布新材料 產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃，規(guī)劃中的前 沿新材料就包含了石墨烯。雖然現(xiàn)階 段我國石墨烯尚沒有大規(guī)模量產(chǎn)，也 沒有形成規(guī)?；膽?yīng)用，但它作為新 材料板塊在“十二五”規(guī)劃出臺后的首 個熱點，有望通過市場的關(guān)注形成良 好的產(chǎn)業(yè)帶動效應(yīng)。此外，國家科技重大專項、國家 石墨烯超級電容器圖 4 石墨烯基超級電容器示意圖新材料產(chǎn)業(yè)

20、2013 15 關(guān) 注FOCUS973計劃圍繞“石墨烯宏量可控制備”、“石墨烯基電路制造設(shè)備、工藝和材料 創(chuàng)新”等方向也部署了一批重大項目， 取得了一系列創(chuàng)新成果，國際影響力 逐步提升。國家自然科學基金也啟動 了多項重大研究計劃，取得了相應(yīng)的 進展。2. FOCUS973計劃圍繞“石墨烯宏量可控制備”、“石墨烯基電路制造設(shè)備、工藝和材料 創(chuàng)新”等方向也部署了一批重大項目， 取得了一系列創(chuàng)新成果，國際影響力 逐步提升。國家自然科學基金也啟動 了多項重大研究計劃，取得了相應(yīng)的 進展。2. 美國在基礎(chǔ)研究方面，美國國家自然 科學基金會( N S F )在 2006-2011年共 資助了近 200項與

21、石墨烯相關(guān)的項 目，包括 ：石墨烯基材料超級電容應(yīng) 用 項 目(2009-2012年)、石 墨 烯 和 碳 納米管材料連續(xù)和大規(guī)模納米制造 (2011-2015年)等。另 外，美 國 國 防 部 高級研究計劃署從 2008年開始，也相 繼投入 2 200萬美元，實施以開發(fā)超高 速和超低能量應(yīng)用的石墨烯基射頻電 路為主要內(nèi)容的碳電子射頻應(yīng)用項目。在產(chǎn)業(yè)化方 面，美國也開展了 一些項 目，包括美國俄亥俄州資助 Nanotek Instruments公司 35萬美元 進行應(yīng)用于鋰離子電池的納米石墨 烯復合電極的商業(yè)化生產(chǎn)項目；2009 年美國N S F的小型企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移項 目( S T T R )資

22、助的結(jié)構(gòu)材料工業(yè)公司 進行的以石墨烯為基質(zhì)的高靈敏度 NOx探測器開發(fā)項目等。3. 歐盟歐盟委員會于 2013年 1月 28日宣 布，石墨烯和人腦工程 2大科技入選 “未來新興旗艦技術(shù)項目”，并分別設(shè) 立專項研發(fā)計劃。每項計劃將在未來10年內(nèi)分別獲得 10億歐元的經(jīng)費，這 是迄今為止全球范圍內(nèi)對石墨烯投入 最大的項目。根據(jù)歐盟委員會的決定， 石墨烯研發(fā)計劃將由瑞典查默斯理工 學院教授基納雷特牽頭，由 176個來自 世界各地的研發(fā)團隊共同負責實施。在此之前，歐盟及其下屬的一些機構(gòu)也資助了不少石墨烯相關(guān)的項 目，包括歐盟 2008年發(fā)布的石墨烯 基納米電子器件項目，該項目經(jīng)費為239萬歐元；歐洲研

23、究理事會( E R C ) 資助的石墨烯物理性能和應(yīng)用研究項 目，該項目經(jīng)費為 萬歐元；歐洲 科學基金會 2008年發(fā)布的一個 4年期 的歐洲石墨烯項目，該項目得到了 19 個國家的 20個基金資助機構(gòu)的資助。4. 日本日本學術(shù)振興機構(gòu) 2007年就資助 了日本的東北大學，具體實施了對石墨 烯硅材料/器件的技術(shù)開發(fā)項目。該項 目主要是開發(fā)基于石墨烯硅材料的先 進輔助開關(guān)器件和等離子共振赫茲器 件，從而實現(xiàn)超高速傳輸和大規(guī)模集 成的器件技術(shù)。另外，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省2011年發(fā)布了超輕、高輕度創(chuàng)新融合材 料項目，該項目重點支持了碳納米管和 石墨烯的宏量合成技術(shù)的開發(fā)。5. 韓國2007-2009年，

24、韓 國 的 相 關(guān) 部 門 累計資助了 90項與石墨烯相關(guān)的研 究，經(jīng)費達到 1 870萬美元。韓國知識 經(jīng)濟部計劃于 2012-2018年間向石墨 烯領(lǐng)域提供 億美元的資助，其中 一半經(jīng)費用于石墨烯相關(guān)的研發(fā)工 作，另一半經(jīng)費用于石墨烯的產(chǎn)業(yè)化。五、石墨烯研究的基本情況1. 研究論文發(fā)表情況全球針對石墨烯的研究不斷向前 推進，截至 2012年，全球被S C I收錄的 關(guān)于石墨烯的研究論文共有 17 361篇。其中申請數(shù)量排在全球前 2位的國家 是中國和美國，發(fā)表的論文總數(shù)占全 球總量的一半。美國作為世界科技最 發(fā)達的國家，其發(fā)表的關(guān)于石墨烯研 究方面的文獻達 4 730篇，占 總 量 的%；

25、我國在石墨烯研究雖然起步 晚于美國，但在這幾年的努力下，文獻 發(fā)表量達到了 5 072篇，占 比 %， 超過美國位居全球首位。表 2給出了 中美兩國石墨烯領(lǐng)域論文引用情況對 比。由表 2可以看出，雖然在發(fā)表文章 的數(shù)量上中國已經(jīng)超過了美國，但是 論文質(zhì)量整體卻與美國尚有差距。主 要表現(xiàn)在 ：一方面論文的平均被引用 次數(shù)上，中國的不到美國的一半 ；另 一方面，被引用的總體情況也相對較 差，中國占總量 29%的文章量，卻僅占 國際論文被引總次數(shù)的 %，另外， 中國學者發(fā)表的論文中 1/5的文章 S C I被引用次數(shù)為 0。不過，國內(nèi)一些 優(yōu)秀學者的研究成果已經(jīng)得到了國際 社會的廣泛認可，如中國科學

26、院金屬研究所的成會明課題組，清華大學的表 2 中美兩國石墨烯領(lǐng)域論文引用情況對比中國美國論文總數(shù)5 0724 730被引頻次總數(shù)81 197193 664去除自引的被引頻次總數(shù)52 885144 549每項平均引用次數(shù)h因子114190數(shù)據(jù)來源 ：ISI網(wǎng)站，截至 2012年底16 Advanced Materials Industry關(guān) 注FOCUS石高全課題組，清華大學李景虹課題組，發(fā)表的石墨烯領(lǐng)域論文S C I被引 次數(shù)都超過 3 000次，從一個側(cè)面也反 映出中國在石墨烯研究的實力和國際 影響力。表 3給出了截至 2012年底，國際研 究機構(gòu)在石墨烯領(lǐng)域論文發(fā)表排名情 況。可以看到中國

27、有 5家單位石墨烯方 向的論文發(fā)表數(shù)排在全世界的前 20， 他們分別是中FOCUS石高全課題組，清華大學李景虹課題組，發(fā)表的石墨烯領(lǐng)域論文S C I被引 次數(shù)都超過 3 000次，從一個側(cè)面也反 映出中國在石墨烯研究的實力和國際 影響力。表 3給出了截至 2012年底，國際研 究機構(gòu)在石墨烯領(lǐng)域論文發(fā)表排名情 況?？梢钥吹街袊?5家單位石墨烯方 向的論文發(fā)表數(shù)排在全世界的前 20， 他們分別是中國科學院、清華大學、北 京大學、中國科技大學和復旦大學，表 現(xiàn)出中國在石墨烯研究領(lǐng)域的實力。2. 專利情況目前，各國都非常重視石墨烯專 利布局工作，尤其是一些跨國公司，如 I B M、陶氏化學、通用、

28、三星、施樂公司 等，都在積極進行石墨烯的產(chǎn)業(yè)化研究 并進行相關(guān)專利申請。國際上石墨烯專 利主要集中在以下幾個方向 ：石墨 烯的制備技術(shù)，包括氧化還原法、C V D 等；石墨烯用于制備半導體器件、 光電器件及有機固體器件等；用于 制備石墨烯基納米材料及復合材料 等；石墨烯用于鋰離子電池電極 ；石墨烯用于制備儲氫材料；石墨 烯用于制作存儲器件等。我國也在進行石墨烯專利的申 請，根據(jù)新世界專利搜索（SooPAT）專 利檢索引擎，截至 2013年 6月，目前國 內(nèi)機構(gòu)共申請 3 000余件石墨烯相關(guān)的 發(fā)明專利，其中 456件已經(jīng)獲得中國知 識產(chǎn)權(quán)局的專利授權(quán)，主要集中在石 墨烯的制備和石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域

29、。另外 還有 2 000余件尚在審查中，也從側(cè)面 反映出國內(nèi)近幾年在這一領(lǐng)域的活躍 狀態(tài)。表 4給出了國內(nèi)單位在石墨烯專 利申請數(shù)和授權(quán)數(shù)量的排名情況。由 表 4可以看出，國內(nèi)目前在石墨烯方向 專利主要還是集中在各大院校以及研究機構(gòu)當中，如浙江大學、北京大學、清華大學、天津大學、上海交通大學等院校以及中國科學院下屬的各個院所 等科研機構(gòu)等。相對于高校和研究院 所來說，國內(nèi)企業(yè)在石墨烯專利方面 的涉及還有待進一步加強。盡管到目前為止石墨烯還沒有實現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但是筆者預 計，石墨烯在近幾年就能在部分領(lǐng)域 實現(xiàn)應(yīng)用突破，這些應(yīng)用領(lǐng)域的共同 特點是石墨烯不是主成分而是作為添 加劑的形式，利用

30、石墨烯非常優(yōu)異的 導電導熱等性能，改善最終產(chǎn)品的相 應(yīng)性能。目前，這些領(lǐng)域?qū)κ┑囊?求并不是很十分苛刻，本身的工藝難 度也相對較小，而且中國在這些應(yīng)用 領(lǐng)域有很強的技術(shù)實力和生產(chǎn)基礎(chǔ)， 在國際上也有較強的市場競爭力，因 此在國內(nèi)更容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，而且已 經(jīng)有不少公司在這方面做了大量的工 作。這些領(lǐng)域包括 ： 石 墨 烯 導 電 添 加 劑 ：可 在 電 池電極內(nèi)構(gòu)建三維導電網(wǎng)絡(luò)，是一種 新型的高端鋰電池導電添加劑。使用%2%的石墨烯導電添加劑可以 代 替 原 來 10%15%的 導 電 炭 黑，而 且能進一步降低鋰電池的內(nèi)阻，從而 提高電池倍率性能和循環(huán)壽命，解決 當前動力與儲能鋰電池綜合

31、性能不足 的問題。石墨烯導熱材料 ：包括具有高六、我國石墨烯產(chǎn)業(yè)率先突破的應(yīng)用領(lǐng)域從整體情況來看，我國石墨烯產(chǎn) 業(yè)發(fā)展還是以研發(fā)為主，規(guī)?；苽?工藝還不成熟，難以實現(xiàn)低成本、規(guī)模 化、高性能的石墨烯產(chǎn)品制造；完整 的產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，下游仍沒有一個 可以實現(xiàn)石墨烯的規(guī)模化應(yīng)用的領(lǐng) 域；目前對石墨烯產(chǎn)品的需求仍然集 中在各大院校及科研機構(gòu)，所用產(chǎn)品 也僅限于樣品。因此，實現(xiàn)石墨烯在下 游某一兩個應(yīng)用領(lǐng)域的突破是當前我 國石墨烯產(chǎn)業(yè)化工作的重中之重。石墨烯應(yīng)用于不同領(lǐng)域所面臨的 技術(shù)難題、市場需求均有不同，在國內(nèi) 的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用目標必須依據(jù)我國工業(yè) 基礎(chǔ)，由簡入繁、因勢利導、有目的、有 規(guī)劃、分階段

32、，逐步推動石墨烯的商業(yè)化應(yīng)用。表 3 國際研究機構(gòu)在石墨烯領(lǐng)域論文發(fā)表排名情況排序機構(gòu)名稱論文數(shù)量占比1中國科學院1 088%2美國加州大學系統(tǒng)573%3新加坡南洋理工大學405%4新加坡國立大學388%5CO西班牙國家科學研究委員會339%6清華大學319%7馬克斯普朗克協(xié)會271%8德克薩斯大學奧斯汀分校269%9俄羅斯科學院265%10北京大學250%13UN中國科技大學221%19復旦大學197%新材料產(chǎn)業(yè) 2013 17 關(guān) 注。FOCUS表 4 國內(nèi)單位在石墨烯領(lǐng)域的專利申請數(shù)和授權(quán)數(shù)量排名情況排名申請專利數(shù)申請單位排名申請單位已授權(quán)專利數(shù)123456789101112131415

33、16。FOCUS表 4 國內(nèi)單位在石墨烯領(lǐng)域的專利申請數(shù)和授權(quán)數(shù)量排名情況排名申請專利數(shù)申請單位排名申請單位已授權(quán)專利數(shù)1234567891011121314151617181920浙江大學海洋王照明科技股份有限公司 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司 上海交通大學清華大學 西安電子科技大學 電子科技大學 北京大學東南大學 哈爾濱工業(yè)大學 東華大學 天津大學中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所 復旦大學上海大學 中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所 同濟大學湖南大學 江蘇大學 中國科學院上海硅酸鹽研究所1081069784796653525148434241403838373434331114567891010101014141414