近年來，石墨烯熱度飆升，成為世界各國研究開發的對象。石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在。直至2004年，英國物理學家成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，2010年英國物理學家也因該發現獲得了諾貝爾物理學獎。
“萬能材料” 優良性能引重視
據了解，“萬能材料”石墨烯一種技術含量非常高、應用潛力非常廣泛的碳材料，因強度最高、韌性最好、重量最輕等眾多優良性能，自被發現以來受到極大關注。其獨特的電學性能、力學性能、熱性能、光學性能，可以廣泛應用于鋰離子電池、超級電容器、太陽能電池、觸摸屏、透明電極等領域，在半導體產業、光伏產業、鋰離子電池、航天、軍工、新一代顯示器等傳統領域和新興領域都將帶來革命性的技術進步。其潛在應用領域包括高速晶體管、透明電極、印刷電子、新型復合材料、超靈敏傳感器、新型催化劑、基因測序、儲能裝置等。在未來5到10年會有很大的發展，在相關領域引發革命性的突破，帶動價值數萬億美元的新興產業鏈。
自石墨烯被發現以來，研究人士一致努力開發這種材料的商業用途，如替代晶硅應用在芯片領域，制造鋰離子電池負極材料以及超級電容器，制造可彎曲觸摸屏等。隨著批量化生產和大尺寸難題逐步突破，石墨烯的產業化步伐正在加快，國內外相關機構的科研投入力度也在上升，市場關注度隨之升溫。
廣泛應用研發 全球多國齊上陣
2010年諾貝爾獎將石墨烯帶入人們視線，目前歐盟已投入10億歐元用于石墨烯的研究和產業化應用。2013年1月28日，歐盟委員會宣布將石墨烯和人腦工程兩大科技入選“未來新興旗艦技術項目”，并分別設立專項研發計劃，每項計劃將在未來10年內分別獲得10億歐元的經費。韓國和英國分別投入3.5億美元、5000萬英鎊進行商業化。石墨烯材料逐漸引起了我國社會各界的廣泛關注，各級政府也將石墨烯產業作為產業升級換代的突破口，紛紛成立石墨烯相關產業或聯盟。與此同時，工業和信息化部等部門在加緊研究“十三五”新材料規劃，出臺時間有望在2015年下半年，石墨烯入選該規劃已經基本落定。早在2012年，工信部發布《新材料產業“十二五”發展規劃》，規劃中的前沿新材料就包含石墨烯；科技部也明確表態將支持石墨烯的研究。
據不完全統計，2011年，我國首家石墨烯企業成立，目前企業數量已達到40余家。無錫市近日宣布，2015年石墨烯及相關產業規模將突破50億元，2020年達到300億元；寧波市計劃3年內設立9000萬元的財政資金項目，并在10年內打造千億規模的產業特色群。2013年，中科院重慶研究院成功制備出國內首片15英寸的單層石墨烯，并以知識產權和技術出資的形式，與上海南江集團共同組建了重慶墨希科技有限公司，開發以石墨烯觸摸屏、顯示屏為代表的石墨烯薄膜原材料，推動石墨烯實現產業化。日前，重慶市研發的石墨烯手機預計今年將投放市場的新聞在國內引起廣泛關注。石墨烯觸摸屏與現有手機觸摸屏材料相比，具備更好的透光度和柔性。據介紹，如果其他部件和材料也得到相應改進，手機、平板電腦上的顯示屏未來就能實現可折疊彎曲，而不會對屏幕造成損害。
此外，重慶市有關單位正在推動成立重慶石墨烯研究院，為產業鏈下游開發石墨烯應用產品提供支持，加快推進石墨烯產業發展。
專利世界第一 我國成立企業40余家
近年來，我國在石墨烯領域增長迅速，專利擁有量世界第一，在石墨烯商業化應用上全球還是處于領先地位。不少國內企業宣稱掌握了石墨烯制備方法，已經開始規模化生產。作為世界上石墨資源儲備量最大的國家，我國正努力在石墨烯生產和應用上尋求長遠發展策略，隨著石墨烯產業化的不斷推進，國家針對該產業的政策有望再度加碼。我國石墨烯領域研發起步較晚，但發展較快，有潛在優勢和后發優勢。
2013年7月13日，中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟成立。同時，江蘇、浙江、深圳、上海、山東、福建、遼寧、重慶、黑龍江與中科院等機構以多種形式協同創新，紛紛建立了產業技術聯盟，促進了創新資源優化組合和創新產業化進程。另一方面，我國的石墨烯行業仍在量產摸索階段，目前主要的制備方法有微機械剝離法、外延生長法、氧化石墨還原法和氣相沉積法；其中氧化石墨還原法由于制備成本相對較低，是目前主要制備方法。
據中國石墨烯 產業技術戰略聯盟秘書長李義春介紹，目前石墨烯的研究總體上分兩塊：一是在傳統鋰電池上進行應用，目的是改進、提升鋰電池的性能，這類電池不會產生顛覆性的影響；二是依據石墨烯制造一個新體系的電池，它是一個嶄新系列的，在性能上是顛覆性的，稱作“超級電池”。石墨烯超級電池的出現，可能徹底改變現有的充電問題。續航里程成倍增長，長途出行的里程焦慮可能徹底打破。
以西班牙的超級電池為例，1000公里的續航里程幾乎接近北京到上海的直線距離，遠超出傳統汽車一箱油的行駛距離。石墨烯充電速度提升，可以減少充電時間，宏觀上可以大范圍減少充電站和充電樁的需求。以目前全球領先地位的特斯拉Model S 85為例，其通過大功率的超級充電站充電，也要80分鐘才能充滿，車主等充電的時間仍然是一次煎熬。“超級電池10分鐘的充電時間，比加一次油時間長一點點，但續航里程比一箱油要長很多，消費者再也不會抱怨。”一位汽車業內人士分析稱。
不過，據石墨烯電池研究人士透露，目前國內主要研究的是石墨烯運用到鋰電池上，而非全新體系的“超級電池”，所以國內技術和超級電池有一定差距。國家相關部門對此很重視，2015年出臺的“十三五”新材料規劃可能將石墨烯納入其中。
石墨烯電池研發 日韓英德誰與爭鋒？
隨著時間的推移，石墨烯越來越多的優良性能被開發出來，據稱在眾多領域都有著極為廣泛的應用，也因此被稱為具有革命性意義的新材料，世界上多個國家也在加快石墨烯材料方面的運用。據了解，全球有200多家公司涉及石墨烯的相關研究和開發，其中不乏IBM、英特爾、美國晟碟以及三星等科技巨頭。而在產品專利數量上，中國和美國遙遙領先。
IBM公司的研究人員通過在碳化硅晶圓的硅面上種植石墨烯，成功研制出首款由石墨烯圓片制成的集成電路，向研制出石墨烯計算機芯片前進了一步。利用石墨烯研制出新型的場效應晶體管，其能將開關頻率提高1000多倍，可廣泛應用于未來的電子設備和計算機中，使之功能更強，性能更優異。
而鋰電池傳統制造強國日本和韓國，在石墨烯電池上他們也正在搶奪技術先機，韓國科學家早在去年11月就宣布，最新發明的石墨烯超級手機電池，可存儲與傳統電池等量的電量，但充電時間只需16秒。而日本在電池技術上實行兩條路線并行，除了發展普通意義上的鋰電池，他們還研究燃料電池技術，用特制的石墨烯材料替代鉑作為催化劑，來制造燃料電池車所需的氫燃料，獲得突破。發現石墨烯的英國也有很大的突破，同時在歐洲德國石墨烯產業的發展也不容小覷。
德國科學基金會(DFG)2009年7月宣布開展“石墨烯”新興前沿研究項目，項目時間跨度為6年。該項目的目的是提高對石墨烯性能的理解和操控，以建立新型的石墨烯基的電子產品。2010年DFG啟動了優先研究項目-石墨烯，包括38個研究項目，前3年預算經費為1060萬歐元。德國于2009年由科學基金會(DFG)開展石墨烯新興前沿研究項目。在2012年10月，德國慕尼黑工業大學的科學家成功制成石墨烯光電探測器，石墨烯制成的光電探測器能非常快速地處理和引導光電信號。
特斯拉公司廣受好評的Model S電動汽車這款電動汽車的電池使用的材料便是石墨烯。2014年12月26日，美國電動汽車制造商特斯拉發布了兩年前停產的第一代車型Roadster的升級版，續航里程達到644公里，高出原版60%。電池技術的進步，提升了特斯拉產品的性能。新改進的18650型鋰電池的容量大幅度加大，6831節電池組數量沒有增加，但電池組的總容量從53kWh提高到了70kWh。此前Roadster的續航里程是393公里。特斯拉CEO馬斯克稱，特斯拉的高性能石墨烯電池，相比目前的容量增長近70%。
隨著特斯拉石墨烯電池研發取得較大進展，成本與充電時間將可能大幅下降，國內越來越多公司想擠進石墨烯行業。而在未來，我們可期待的屏幕可折疊手機、平板電腦等電子產品，也將依賴石墨烯。
英國科學家發明石墨烯10年后，在電池上的應用獲得巨大突破。12月初，西方媒體報道，西班牙Graphenano公司和西班牙科爾瓦多大學合作研發的石墨烯電池，一次充電時間只需8分鐘，可行駛1000公里。它被石墨烯研究者稱做“超級電池”。 西班牙的“超級電池”很快將像特斯拉一樣應用于汽車上，據西方媒體報道，它的擁有者12月在德國兩大汽車巨頭的汽車上進行試驗，并在2015年第一季度生產上市使用。
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