全球首臺商用石墨烯飛秒光纖激光器

　　由中國石墨烯產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯盟聯合泰州市人民政府主辦的中國石墨烯標準化論壇12月8日在泰州舉行。在本次論壇上，中國石墨烯標準化委員會宣布成立。

　　聯盟秘書長李義春表示，由泰州石墨烯研究及檢測平臺負責處理標準化委員會的日常工作。同日，石墨烯標準化委員會討論了石墨烯標準體系模型和工作路線圖，其正式標準文檔有望在近日發(fā)布，這將有利于我國石墨烯產業(yè)健康有序地發(fā)展。

　　此外，論壇發(fā)布了全球首臺商用石墨烯飛秒光纖激光器。該產品解決了石墨烯大規(guī)模低成本轉移以及石墨烯與光場強相互作用的關鍵技術問題。

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

　　石墨烯用途非常廣泛，是一種被科學家寄于厚望的新型材料。在制造業(yè)，它不僅被運用在半導體芯片、太陽能電池、高強度外殼材料等領域，而且在光學方面上，石墨烯也有相當大的用途。

　　近日據國外媒報道，來自國外的部分研究機構發(fā)現，石墨烯這種材料擁有難以置信的光吸收能力，并且還能把吸收的光波迅速轉化為波長更短、頻率更高的激光，持續(xù)時間為幾飛秒?？茖W家們表示，利用這個新發(fā)現，未來他們可以發(fā)明更耐高溫的激光發(fā)射武器(石墨烯超耐高溫)。

　　當然，這個發(fā)現目前僅存在于實驗室，如果科學家們建立出實體模型，將能夠增加激光發(fā)射器的使用壽命和發(fā)射功率。

　　對石墨烯表現出興趣的還有美國軍方。2011年年末，位于馬里蘭州艾德菲(Adelphi)的美國陸軍研究實驗室(U.S.ArmyResearchLaboratory)與波士頓的東北大學(NortheasternUniversity)簽署了一項研究石墨烯屬性的協議，資金主要來自美國國防高級研究計劃局(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，簡稱Darpa)30萬美元的撥款。

　　東北大學物理學教授斯里尼瓦斯·斯里達爾(SrinivasSridhar)說，該大學計劃用石墨烯設計更好的夜視鏡及其他探測器。Darpa的一位代表在電子郵件中證實了該項目。

　　今年夏天，通過參觀法拉利博士的實驗室，記者初步了解到了石墨烯研究的情況。他的同事費利切·托里西(FeliceTorrisi)展示了膠帶從一塊石墨上剝離石墨烯的過程。托里西博士說，“這種規(guī)模顯然不足以應用于”工業(yè)用途。

　　這說明了石墨烯競賽中的一個重大目標：尋找生產的最佳方法。大量專利申請都描述了制造石墨烯的方法。

　　接著托里西博士拿起一小瓶裝有石墨烯和水的墨水。旁邊的噴墨打印機滋滋作響，將墨水印在一片塑料薄片上，形成一個近乎不可見的電路。印在塑料上的墨水就是法拉利博士輕擊鍵盤后附帶的電子儀器會發(fā)出音樂聲的關鍵。

　　在其他的劍橋實驗室里，研究員們展示了一個石墨烯激光器的早期原型機，這款激光器可以發(fā)射出超速光脈沖和石墨烯傳感器，能夠探測到任何波長的光。

　　石墨烯的導熱屬性顯然是蘋果一項專利申請的核心。這項專利申請包括“可攜帶電子設備”元件背后的石墨烯“散熱器”的樣圖。蘋果發(fā)言人拒絕置評。

　　薩博希望利用石墨烯的輕薄和傳導性能，將其植入機翼用于除冰。薩博航空設備部門負責未來產品的馬茨·帕爾姆貝里(MatsPalmberg)說，這項研究還在初級階段，“但它肯定是我們推出飛行應用計劃的一部分”。

　　洛克希德在新聞稿中說預計其石墨烯薄膜能夠“更有效地進行海水淡化”，而成本只會是目前技術的很小一部分。

　　諾貝爾獲獎者海姆博士說，石墨烯的發(fā)現還導致科學家開始研究其他大量擁有特殊屬性、具有二維結構的物質。他說：“石墨烯打開了一個我們不知道的物質世界。”

　　強激光材料研究員王俊揭秘石墨烯的光學特性

　　在中科院強激光材料重點實驗室研究員王俊眼里，自己一直從事的、被稱為光學材料領域國際最前沿的科研領域里，“最新”和“前沿”不是緊盯的重點，王俊看重的，是石墨烯和碳納米管光子學研究中的“問題”。

　　“通過研究使還未得到解答的問題真正得以解決，是科研創(chuàng)新最大的意義。”王俊說，“這也是我們課題組一直秉承的信念。”

　　在石墨烯光子學領域，王俊首次從實驗上驗證了石墨烯的寬帶非線性光學特性。2009年，當時針對石墨烯光學性質的實驗研究只有一篇后來獲諾貝爾獎的Geim教授和Novoselov教授小組發(fā)表于Science的論文，而非線性光學性質研究還處于空白的狀況，王俊認為，其應用價值并未引起足夠重視。于是，王俊開始解決發(fā)現的這一“問題”。他對此的研究成果第一次從實驗上揭示了石墨烯優(yōu)異的非線性光學性質，開創(chuàng)了石墨烯光子學性質及其應用研究的先河，為研究石墨烯及其衍生材料的非線性光學性質、以及開發(fā)石墨烯光子學器件提供了準確可靠的實驗依據和理論解釋。王俊的研究被業(yè)內稱贊為石墨烯光子學領域具有開拓性的工作之一。

　　如果只是去做別人沒做過的東西，王俊覺得不足以構成真正意義上的科研創(chuàng)新。他認為，創(chuàng)新更重要的是能夠通過研究解決一些重要問題。而這些問題往往是某領域研究通向應用的一個瓶頸，這才具有重要的創(chuàng)新意義。

　　王俊在石墨烯光子學領域的研究如此，在激光防護光子學領域的研究也是如此。

　　王俊深入地研究了一系列光功能材料的激光防護限幅應用，深入揭示了單壁碳納米管的非線性散射致光限幅效應。王俊的系統研究，進一步揭示了碳納米管光限幅效應的物理本源，以此提出了從根本上提高其非線性消光性能的解決方案，為基于碳納米管及其衍生功能材料的激光防護限幅器件的設計和開發(fā)，以及隨后石墨烯非線性光學的研究工作奠定了堅實的實驗和理論基礎。這些研究成果，對除碳納米材料外其他具有光散射致非線性消光效應的納米材料，如金、銀、合金納米結構、量子點等，都有重要的參考價值。

　　王俊說：“科研人員在創(chuàng)新研究中，不僅要發(fā)現問題，更要解決問題，并把結果公布出來，為大家服務，我覺得這個才是做科研的核心創(chuàng)新理念。”

　　王俊的話語和王俊的履歷，讓很多人想不到他其實只是一個“80后”。1979年11月出生的王俊，目前已經是中科院強激光材料重點實驗室研究員、博士生導師、兼重點實驗室主任助理，負責微納光功能材料學科建設。2010年12月，王俊由中國科學院上海光學精密機械研究所以“百人計劃”引進，2011年4月順利通過擇優(yōu)支持。如今，王俊已成為國家首批“青年拔尖人才”、上海市“浦江人才”、上海市嘉定區(qū)“青年領軍人才”。今年2月，又擔任了上海市激光學會青年委員會主任。

　　在被追問到為何樂此不倦地沉浸于科研中時，王俊會“少年老成”地表示：“這個領域‘問題’太多，有時候也會力有不逮。但我們愿意為此而竭盡全力，因為我非常地喜歡這個領域，喜歡這些‘問題’。”

　　石墨烯產業(yè)有望形成萬億產值

　　石墨烯，2004年首次從石墨中分離得出，是目前世界上已知的最薄的材料，幾乎完全透明，具有良好的導熱、導電性能。

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

　　作為一種新型的納米材料，石墨烯以其獨特的結構、力學和電子性質，在藥物投遞、腫瘤治療等生物納米技術領域有著廣泛的應用前景。它是目前人類已知強度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導電性最佳的材料。

　　分析認為，首先，石墨烯如果取代硅，有望讓計算機處理器的運行速度快數百倍。其次，石墨烯有望引發(fā)觸摸屏和顯示器產品的革命，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充5倍以上的容量。此外，石墨烯因超強的光轉換能力，可制成性能更好的激光器。石墨烯因其超出鋼鐵數十倍的強度，也有望被用于制造紙片般薄的超輕型飛機材料、超堅韌的防彈衣和“太空電梯”的纜線，在這些領域將引發(fā)革命性的突破。

　　作為一種技術含量極高的碳材料，石墨烯在激光、半導體、光伏、鋰電池、光器件、航天、軍工、LED、觸控屏等領域都將帶來一次材料革命。由于售價高昂，石墨烯目前尚未產業(yè)化。有分析認為，作為一種理想的替代型材料，石墨烯一旦實現產業(yè)化其產值至少在萬億以上。

　　中國產業(yè)優(yōu)勢明顯

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

　　論壇上，各科研單位專家和企業(yè)代表認為，石墨烯在我國的應用前景十分廣闊，現在行業(yè)正處于從技術向商業(yè)演變的關鍵時期。但從實際情況來看，成本和工藝問題的存在使得石墨烯短期內無法形成真正的商業(yè)規(guī)模，在應用領域來看，鋰電池和環(huán)保涂層材料有望是國內石墨烯應用領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)內主要有四種制備方法，分別是機械剝離法、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)內多采用機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隊研究員周旭峰表示，目前國內對石墨烯的應用前景頗為看好，多個領域都準備躍躍欲試。但從實際情況來看，制造工藝不穩(wěn)定和成本居高不下，仍是石墨烯走向產業(yè)化最需要解決的問題，從制造工藝來看，目前業(yè)內的四種方法均有各自的優(yōu)勢和缺陷，產業(yè)技術路徑仍在探討之中。周旭峰認為，由于產業(yè)鏈相對較短，環(huán)保和儲能領域有望成為率先實現石墨烯商用。

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

　　產業(yè)化難題待破

　　業(yè)內專家指出，石墨烯目前整體主要還處在研發(fā)階段，制備石墨烯的技術工藝還不太成熟，而且成品面積相對較小，不能適應工業(yè)化應用。各國對于這個新興材料還處于一個專利布局期，整個產業(yè)鏈也還沒有形成。我國在石墨烯基礎研究方面已經十分突出。

　　有關研究顯示，截至2012年底，我國發(fā)表的石墨烯論文數量已經超過美國，名列世界首位，而且部分團隊的研究成果受到了世界各國的高度重視，被引用達數千次之多。飛速發(fā)展的還有我國的石墨烯專利數量，無論從專利受理數量，還是優(yōu)先權專利數量來看，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開發(fā)并積極申請專利保護，另一方面也表明世界其他國家對我國石墨烯市場相當關注。

　　然而，在石墨烯產業(yè)化道路上存在諸多現實問題，一方面尚未具備規(guī)模化生產能力，產品成本高;另一方面石墨烯還未真正形成下游的應用和需求。因此現在既要盡可能降低成本實現規(guī)?；a，又要盡快在產業(yè)化應用上實現突破。目前進行石墨烯研究的主要是高校院所等研究單位和少數中小企業(yè)，研究力量比較分散，要盡快實現石墨烯產業(yè)化，必須通過技術創(chuàng)新和產學研協作，建立一條完整的涵蓋石墨烯研發(fā)、規(guī)?；聿母珊?、下游應用等全產業(yè)鏈環(huán)節(jié)的技術路線和公共科技服務平臺和測試平臺，通過全行業(yè)的共同努力，共同突破關鍵的技術難題以及在應用領域實現突破，并不斷提高技術水平和管理水平。

　　石墨烯產業(yè)聯盟的組建宗旨是為了整合協調產業(yè)資源;以推進低成本石墨烯及裝備的技術進步和產業(yè)化為目標，建立上下游、產學研信息、知識產權等資源共享機制;建立與政府溝通的渠道及人才培養(yǎng)、國際合作的平臺;推動標準、評價、質量檢測體系的建立，促進成員單位的自身發(fā)展，提升低成本石墨烯的整體競爭力，從而達到推動石墨烯產業(yè)發(fā)展的目的。

　　石墨烯作為ITO導電膜的替代性材料曾被觸摸屏行業(yè)高度關注。石墨烯技術可以使得顯示屏具有柔性，但由于手機等智能終端的產業(yè)鏈太長，產品的成形需要電路板、機身材料等整個供應鏈的配合。理論上講這些東西在實驗室內已經可以實現，但要商用還需要一定的時間，不僅因為成本離譜，良率問題也很不樂觀。業(yè)內人士表示，三星電子前期在這方面投入了大量的研發(fā)資源，原計劃在今年要推出一款類似的概念。

　　石墨烯離產業(yè)化還有多遠?

　　“一年之前，我不敢說我的單層石墨烯已經規(guī)模化生產，但現在敢說了。”上海交通大學郭守武教授在臺下對記者如是說。

　　就在之前半小時，郭教授團隊實驗成果在臺上展示PPT時，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，他肯定不會以這個價賣給你。”

　　在國際上，單層石墨烯售價是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?”“當然可以。”“一兩毛錢呢?”“這是商業(yè)秘密。”

　　劉兆平團隊多層石墨烯(比單層制備更容易，成本更低)技術已經賣給了華南家族控股股東南江集團的兄弟單位。據悉，該技術產業(yè)化項目預計于11月投產，是全球首條30噸石墨烯生產線。

　　對于該項目產業(yè)化前景，劉兆平稱“關鍵看下游。”

　　中科院金屬所與金路集團簽訂了技術合作協議。該項目負責人任文才告訴記者，去年該項目已經完成了中試，隨時可以工業(yè)化，“關鍵看下游市場。”

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

　　不過，石墨烯下游應用在部分領域可能率先突破。南京科孚納米技術有限公司蕭小月總經理透露，一位做散熱復合材料的海外客戶已經提出計劃，希望逐月實現每月四噸的供貨需求。

　　劉兆平認為，鋰電池、LED將有望成為國內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室石墨烯產品，他認為，上游石墨烯品質并不穩(wěn)定。

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