石墨烯研发面临三大难题

　　近年来，石墨烯承载着未来变革产业领域的希望，欧盟于2013年10月率先启动了为期10年的“石墨烯旗舰项目”，旨在使欧洲公司“能够在全球石墨烯技术竞赛中获得主动权”。在该项目日前主办的“2015石墨烯周”大会期间，科技日报记者就有关问题采访了项目执行委员会主席、剑桥大学石墨烯中心主任安德烈·法拉利教授。

　　石墨烯项目进展获得好评

　　法拉利教授认为，未来10年石墨烯具有提升和变革若干产业领域的巨大潜力，同时也有望在欧州和全球创造大量新增就业机会。因而，从技术角度审视石墨烯究竟对哪些具体产业领域更为重要，这非常关键。

　　法拉利教授介绍说，欧盟委员会对项目进展审核后给予积极评价，认为“大获成功”。一年多来，该项目发表了大量研究成果，同时申请了一些ZL；已搞定了计划的全部协调工作。

　　他谨慎地强调，目前该项目仍处于初期阶段，在执行过程中面临两个重要挑战：一是管理和政治方面的挑战。由于项目涉及欧盟众多成员国、众多研究中心、机构和企业，必须确保参与各方能够有效地合作；二是确保将项目从基础研究转向工业应用研究。目前，越来越多的工业界伙伴尤其是欧洲一些大牌公司都加入了该项目，其中包括英国FlexEnable公司、德国英飞凌公司、爱立信和阿尔卡特公司等，这正契合了项目的宗旨——与工业界建立牢固的伙伴关系。

　　石墨烯研发面临三大难题

　　法拉利认为，2015年石墨烯研发的主要障碍有三：第一是目前能制备的材料呈现出一些特性，而人们用来制造设备的材料则需要另一些特性，这之间存在“隔阂”。石墨烯价值链是以整体方式呈现，但在制备某种材料时，需要相对应种类的特殊石墨烯——即存在很多不同种类的石墨烯，但并非都能很好地用于同样用途。制造电子设备需要一种石墨烯，而制造电池则需要另一种完全不同的石墨烯；制造电池的石墨烯不可能用来制造晶体管，反过来也一样。

　　第二是石墨烯与半导体Fab材料(用于大规模制造设备)的集成。“石墨烯旗舰项目”刚设计了一个“圆片规模集成”来实现在石墨烯与典型Fab材料的集成。如果不能将石墨烯置入Fab，就不能将其置入其他设备中。欧洲很幸运地拥有像诺基亚、爱立信和阿尔卡特等大公司，他们最终认识到下一步是石墨烯与半导体Fab的集成。如果这方面取得成功，必将能实现石墨烯的大规模制备。

　　第三是最终设备的整体成本，即与其他技术相比是否具有竞争力，但目前对此尚难以确定。

　　未来10年最有希望的应用

　　法拉利教授认为，未来10年，石墨烯将先后在复合材料、透明半导体材料、能源、光子、光电子和传感器等领域走向应用。

　　从时间表来看，未来2年到3年内石墨烯最有希望的应用将是复合材料。如一家名为Head的欧洲公司，正在利用石墨烯生产网球拍；另一家欧洲公司也正准备推出加入石墨烯的自行车轮胎；还有一家公司正将注意力转向具有机械特性和热力特性的复合材料。这些应用都属于复合材料领域。其后，将是透明导电材料如移动手机和电视屏幕等。

　　未来5年内，石墨烯在能源领域也将大有作为，如石墨烯电池和石墨烯超级电容器等；未来5年到10年内，石墨烯将在光学、光子学和传感器等领域，如光感测器、激光感测器、调制器及数据传输设备等方面得到应用。

　　需审慎看待石墨烯ZL量

　　据英国ZL咨询公司Cambridge IP的研究，截至2014年5月全球在石墨烯领域申请的ZL数量为11372项，亚洲占3060项，欧洲和英国分别仅有361项和41项,明显处于落后境地。对此，法拉利认为需要审慎看待石墨烯领域的ZL数量。

　　他指出，目前中国和韩国在石墨烯领域申请了大量ZL，而欧洲ZL局在授予ZL方面很挑剔，因而欧洲提交的ZL申请数量较少。ZL数量的差距，并不是表明欧洲在该技术领域处于落后境地的一项指标。

　　就ZL绝对数量而言，不可否认欧洲处于落后，但其质量并不低于其他国家。中国的很多ZL并非国际ZL；韩国在某一领域的ZL数量多达数十个，而欧洲ZL则覆盖了众多研究领域。欧洲和英国确实需要更多ZL，也正在为此努力，但需要更审慎地看待ZL数量。

　　整合石墨烯研发定有裨益

　　法拉利曾多次到中国进行学术交流，他开玩笑地说每次只有两次入境的签证迫使他不停地更新签证。他指出，中国有很多石墨烯研发活动：2014年浙江宁波就举办了一次大型石墨烯会议；北京半导体物理所等在石墨烯和拓扑绝缘体方面很具实力；中国石墨烯联盟也得到了地方政府的大力支持。

　　法拉利说，中国是一个大国，在区域性层次或单独研发机构层次上，有很多石墨烯研发项目，如上海、北京、浙江等地的区域性研发活动都很强劲。目前中国尚没有一项整体的石墨烯研发计划，但正努力地将其整合在一起。他认为应对这些研发活动加以协调。若能将在中国石墨烯研发方面的各种努力统一整合在单一计划之下，肯定是有益的。