石墨烯柔性触摸屏 21世纪的潜力股(图文)
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  日前,一种可以随意卷曲也不会影响使用效果的触摸屏在重庆研制成功。中科院重庆绿色智能技术研究院表示,他们已经实现了15英寸单层石墨烯的制备,并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上,制备出7英寸石墨烯触摸屏。该研究院微纳制造与系统集成研究中心副主任史浩飞表示,目前该技术在国内居于领先地位。

石墨烯晶体结构

  据了解,触摸屏是目前最简单、自然的一种人机交互方式,赋予了多媒体崭新的面貌。透明电极作为触摸屏的核心组成部分,成为当前的重要研究领域之一。目前,市场上的主导产品采用的材料为氧化铟锡,不仅价格高,而且易碎。新兴的石墨烯触摸屏,具有原材料获取方便、制造成本低、制备工艺简单、低碳环保等优势,优异的柔韧性更使其具有强大的市场竞争力。

  史浩飞表示,广州、深圳等地的风投机构已对石墨烯产生了浓厚的兴趣,正在与中科院重庆研究院洽谈合作。研究人员也正积极进行产业化的设备改造,预计年内达到批量生产的能力。2015年后,市场上有望见到能够卷曲的触摸屏产品。

  石墨烯产业有望形成万亿产值

  石墨烯,2004年首次从石墨中分离得出,是目前世界上已知的最薄的材料,几乎完全透明,具有良好的导热、导电性能。

  为推动石墨烯产业化,中国石墨烯产业技术创新战略联盟日前在京成立。该联盟由清华大学、中科院金属研究所、北京现代华清材料科技发展中心等核心单位发起,联合国内从事石墨烯研发、产业化的22家法人机构。联盟成员包括6所高校、4家中科院研究所、17家企业,基本囊括了国内石墨烯研发及产业化的主流单位。

  作为一种新型的纳米材料,石墨烯以其独特的结构、力学和电子性质,在药物投递、肿瘤治疗等生物纳米技术领域有着广泛的应用前景。它是目前人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。

  分析认为,首先,石墨烯如果取代硅,有望让计算机处理器的运行速度快数百倍。其次,石墨烯有望引发触摸屏和显示器产品的革命,制造出可折叠、伸缩的显示器件。再其次,石墨烯可以推动超级电容器发展,使得同等体积的电容扩充5倍以上的容量。此外,石墨烯因超强的光转换能力,可制成性能更好的激光器。石墨烯因其超出钢铁数十倍的强度,也有望被用于制造纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣和太空电梯的缆线,在这些领域将引发革命性的突破。

中科院重庆绿色智能技术研究院的一名研究人员在弯曲的单层石墨烯触摸屏上进行书写功能测试

   中科院重庆绿色智能技术研究院的一名研究人员在弯曲的单层石墨烯触摸屏上进行书写功能测试

  作为一种技术含量极高的碳材料,石墨烯在触控屏、半导体、光伏、锂电池、光器件、航天、军工、LED、激光等领域都将带来一次材料革命。由于售价高昂,石墨烯目前尚未产业化。有分析认为,作为一种理想的替代型材料,石墨烯一旦实现产业化其产值至少在万亿以上。

  中国产业优势明显

  中国具有发展石墨烯产业得天独厚的条件。数据显示,我国石墨矿储量占世界总储量的75%,生产量占世界总产量的72%,是我国少有的几种具有国际竞争优势的矿产之一。

  论坛上,各科研单位专家和企业代表认为,石墨烯在我国的应用前景十分广阔,现在行业正处于从技术向商业演变的关键时期。但从实际情况来看,成本和工艺问题的存在使得石墨烯短期内无法形成真正的商业规模,在应用领域来看,锂电池和环保涂层材料有望是国内石墨烯应用领域未来的一大突破口。

  石墨烯的制成需要有尖端的制备工艺,目前业内主要有四种制备方法,分别是机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法(CVD)。前三种的原材料均为石墨,CVD法原材料则为甲烷居多。由于制造成本相对较低,目前业内多采用机械剥离法和氧化石墨还原法制造石墨烯。

  中科院宁波材料所石墨烯研究团队研究员周旭峰表示,目前国内对石墨烯的应用前景颇为看好,多个领域都准备跃跃欲试。但从实际情况来看,制造工艺不稳定和成本居高不下,仍是石墨烯走向产业化最需要解决的问题,从制造工艺来看,目前业内的四种方法均有各自的优势和缺陷,产业技术路径仍在探讨之中。周旭峰认为,由于产业链相对较短,环保和储能领域有望成为率先实现石墨烯商用。

  在相关政策扶持方面,工信部原材料司副司长高云虎表示,在编制新材料产业十二五发展规划的时候,石墨烯还没有目前这样热门,产业应用前景也并不明朗,因此在规划文本、产品目录中没有把石墨烯作为主要重点,但随着技术和应用的突破,下一步会统筹研究并予以考虑。

  产业化难题待破

  业内专家指出,石墨烯目前整体主要还处在研发阶段,制备石墨烯的技术工艺还不太成熟,而且成品面积相对较小,不能适应工业化应用。各国对于这个新兴材料还处于一个专利布局期,整个产业链也还没有形成。我国在石墨烯基础研究方面已经十分突出。

  有关研究显示,截至2012年底,我国发表的石墨烯论文数量已经超过美国,名列世界首位,而且部分团队的研究成果受到了世界各国的高度重视,被引用达数千次之多。飞速发展的还有我国的石墨烯专利数量,无论从专利受理数量,还是优先权专利数量来看,我国都是仅次于美国的世界第二大国。这意味着,一方面我国企业高度重视石墨烯技术开发并积极申请专利保护,另一方面也表明世界其他国家对我国石墨烯市场相当关注。

  然而,在石墨烯产业化道路上存在诸多现实问题,一方面尚未具备规模化生产能力,产品成本高;另一方面石墨烯还未真正形成下游的应用和需求。因此现在既要尽可能降低成本实现规模化生产,又要尽快在产业化应用上实现突破。目前进行石墨烯研究的主要是高校院所等研究单位和少数中小企业,研究力量比较分散,要尽快实现石墨烯产业化,必须通过技术创新和产学研协作,建立一条完整的涵盖石墨烯研发、规模化身材干旱、下游应用等全产业链环节的技术路线和公共科技服务平台和测试平台,通过全行业的共同努力,共同突破关键的技术难题以及在应用领域实现突破,并不断提高技术水平和管理水平。

  石墨烯产业联盟的组建宗旨是为了整合协调产业资源;以推进低成本石墨烯及装备的技术进步和产业化为目标,建立上下游、产学研信息、知识产权等资源共享机制;建立与政府沟通的渠道及人才培养、国际合作的平台;推动标准、评价、质量检测体系的建立,促进成员单位的自身发展,提升低成本石墨烯的整体竞争力,从而达到推动石墨烯产业发展的目的。

  石墨烯作为ITO导电膜的替代性材料曾被触摸屏行业高度关注。石墨烯技术可以使得显示屏具有柔性,但由于手机等智能终端的产业链太长,产品的成形需要电路板、机身材料等整个供应链的配合。理论上讲这些东西在实验室内已经可以实现,但要商用还需要一定的时间,不仅因为成本离谱,良率问题也很不乐观。业内人士表示,三星电子前期在这方面投入了大量的研发资源,原计划在今年要推出一款类似的概念。

  石墨烯离产业化还有多远?

  一年之前,我不敢说我的单层石墨烯已经规模化生产,但现在敢说了。上海交通大学郭守武教授在台下对记者如是说。

  就在之前半小时,郭教授团队实验成果在台上展示PPT时,受到了台下企业界的追问,我要5公斤,你能给我吗?签了合同,几天就能给你。价格多少?我成本是0.5元/克,但这是郭老师几年心血,他肯定不会以这个价卖给你。

  在国际上,单层石墨烯售价是2000元/克。

  同样是石墨烯制备者,中科院宁波材料所刘兆平受到同行的追问,你9块钱太贵了,你能做到1元/克吗?当然可以。一两毛钱呢?这是商业秘密。

  刘兆平团队多层石墨烯(比单层制备更容易,成本更低)技术已经卖给了华南家族控股股东南江集团的兄弟单位。据悉,该技术产业化项目预计于11月投产,是全球首条30吨石墨烯生产线。

  对于该项目产业化前景,刘兆平称关键看下游。

  中科院金属所与金路集团签订了技术合作协议。该项目负责人任文才告诉记者,去年该项目已经完成了中试,随时可以工业化,关键看下游市场。

  石墨烯下游应用广泛,如锂电池、涂料、LED等。下游应用市场若没有成熟,制备就难以量产。一家深圳公司2010年就开始卖石墨烯,但苦于应用市场没有起来,销量一直做不起来。

  不过,石墨烯下游应用在部分领域可能率先突破。南京科孚纳米技术有限公司萧小月总经理透露,一位做散热复合材料的海外客户已经提出计划,希望逐月实现每月四吨的供货需求。

  刘兆平认为,锂电池、LED将有望成为国内最先利用石墨烯的下游行业。

  不过,北京一企业试用了多家科研单位试验室石墨烯产品,他认为,上游石墨烯品质并不稳定。

  石墨烯产业链虽然没有成熟,但投资热潮已经显现,刘兆平作为较早掌握该技术的科研人员对此感触很深,他用太狂热了来形容

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