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習總訪英背后的石墨烯發展之路

2015-10-27 責任編輯:未填 瀏覽數:1043 中國過濾分離網

核心提示:習大大訪英的行程備受關注。習大大在訪英期間開展的一系列行程中,其中一項就是到曼大參觀英國國家石墨烯研究院,甚至有消息稱本

 習大大訪英的行程備受關注。習大大在訪英期間開展的一系列行程中,其中一項就是到曼大參觀英國國家石墨烯研究院,甚至有消息稱本周五習大大要帶著華為去簽約石墨烯項目。石墨烯概念再次在股市熱炒,石墨烯相關項目大受關注,而習大大參觀的曼大國家石墨烯研究院再次以奪目之勢走進了石墨烯粉們的眼球。

 

2004年,曼徹斯特大學的兩名科學家:AndreGeim與Kostya Novoselov分離出了石墨烯,掀起了研究石墨烯的熱潮。 

2013年英國曼徹斯特大學教授、石墨烯先驅KostyaNovoselov爵士出席了歐盟“石墨烯旗艦計劃”發起儀式。 

2015年由歐盟委員會石墨旗艦項目(GrapheneFlagship)委托曼徹斯特大學主辦的“2015石墨烯周”更是讓曼大與石墨烯旗艦計劃結下了不解之緣。

 

曼切斯特大學 

“石墨烯旗艦計劃”是歐洲最大的石墨烯研發計劃之一,該項目于2013年1月被歐盟選定為首批技術旗艦項目之一。項目運行時間10年,總投資10億歐元,旨在把石墨烯和相關層狀材料從實驗室帶入社會,為歐洲諸多產業帶來一場革命,促進經濟增長,創造就業機會。

 

石墨烯旗艦計劃科技路線圖(20142月) 

2014年2月初,歐盟未來新興技術(FET)石墨烯旗艦計劃發布了首份招標公告和科技路線圖,介紹了擬資助的研究課題和支持課題,以及根據領域劃分的工作任務,每項課題都涉及多項工作任務。 

根據路線圖,石墨烯旗艦研究項目共分為兩個階段:

 

(1)在歐盟第七框架計劃內長達30個月(2013年10月1日至2016年3月31日)的初始熱身階段,歐盟總資助額為5400萬歐元;

(2)在地平線2020計劃內的穩定階段。該階段將從2016年4月份開始,預計歐盟每年資助額為5000萬歐元。

 

 

“石墨烯旗艦計劃”科學與技術路線圖 

 

 

 

該科技路線圖的核心內容是提出了13個重點研發領域: 

1.標準化

為了擴大石墨烯及相關材料(GRM)的產品市場,對GRM材料的技術評估和分類進行標準化是必要的。GRM通常具備多種功能描述方式,需要強制定義的標準程序來衡量他們的屬性,以確保材料在不同的應用市場中質量的一致性和可重復性。 

2.化學傳感器、生物傳感器與生物界面 

石墨烯及相關材料對分子間相互作用非常敏感,是制造化學傳感器的理想材料,理論上可以實現單分子檢測,更進一步還能開發用于生物系統的界面傳感器。新興傳感技術與生物學的融合能實現亞細胞分辨率的細胞表面動力學研究,并制造出新型器件。該課題旨在研究與開發基于GRM的醫用新技術。

3.薄膜技術:從納米流體到納米諧振器 

薄膜是很多應用和工業工藝的核心,如海水淡化和水過濾、化學分析、能源獲取、高頻電子產品。石墨烯具有高力學強度,有作為最終薄膜的獨特潛力。石墨烯膜對小型電子信號非常敏感,非常適合應用在納米電機械系統(NEMS),也被用作支持投射電鏡成像和生物傳感器等。

 

4.面向能源應用的催化劑 

綠色能源的一個主要挑戰是確保實現能源的持續可用性或者是能源系統的壽命與目標應用一致,如電動車,智能手機等。這兩個問題通常需要不同的儲能/生產解決方案與電化學設備的關鍵部件結合。這些關鍵部件包括電池、燃料電池和超級電容器。其中的一些電化學的組件或質子交換膜燃料電池需要大量的稀缺和昂貴的鉑(Pt)催化劑,強烈影響其進入市場。摻雜少量石墨烯可以促進催化作用,從而延長電源設備壽命。

 

5.面向復合材料和能源應用的功能材料 

納米材料可以為增加當前設備的能量轉換效率提供一個可行的策略。石墨烯由于其電子(即高載流子遷移率)和力學性能可以提供更好的網絡,承受充放電過程中很大的體積變化,維持有效的電子收集和運輸。 

6.面向高性能、輕質技術應用的功能涂層和界面 

石墨烯及相關材料由于其原子厚度,是修改/完善的涂料性能的一個理想方案。石墨烯優良的力學、熱、電性能有利于提升高性能涂料的穩定性,防止嚴酷的環境下的電磁損害。 

7.GRM與半導體器件的集成 

GRM與傳統的基于硅、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、磷化銦(InP)的半導體器件的集成,可以提升混合系統的性能。該課題旨在針對GRM膜的轉移與鍵合開發一種產業級的可擴展方法,從而實現GRM在半導體平臺上的后端集成。相關提案須關注GRM的轉移與鍵合,以及GRM與半導體器件間界面的設計。結合了GRM和半導體材料兩者功能的混合系統應作為工作集成器件發揮其潛能。

 

8.新的層狀材料和異質結構 

面向功能電子和光電、能帶結構材料的應用,需要改性的石墨烯,或石墨烯與其他半導體設備的結合。 

9.面向射頻應用的無源組件 

該課題旨在開發與測試天線、電子互連、熱擴散層、過濾器和微機電系統等無源組件在高頻電子領域的不同應用。該課題還關注包括可用開關控制的屏障、自混合天線與光學透明器件在內的新型微波天線與器件。 

10.硅光子學的集成 

該課題旨在面向下一代計算與通信系統,開發集成GRM與硅波導和無源光路的方法,特別是可使現有的類CMOS硅制造基礎設施在未來實現晶片規模集成的可擴展方案。

 

11.石墨烯、相關二維晶體和雜化系統的原型研究 

12.更新石墨烯、相關二維晶體和雜化系統的科技路線圖 

13.開放性課題

石墨烯旗艦計劃新一輪資助(項目征集201410月開啟,20151月截止) 

2014年10月,“旗艦歐洲研究區域網絡(FLAG-ERA)”宣布歐洲“未來及新興技術(Future and EmergingTechnologies,FET)”兩大旗艦項目——“石墨烯和人腦”計劃啟動“聯合跨國征集”(Joint Transnational Call,JTC),總注資1850萬歐元。同時,FLAG-ERA宣布啟動各國及各地區資助的研究整合進入旗艦工作計劃的聯盟機制。 

FLAG-ERA聚集了38個研究和創新資助機構,以及歐盟26個國家的研究理事會和部委(NRFOs)。FLAG-ERA將協調協調各國投資,鼓勵實際應用發展,推動科技成果轉化應用,擴大影響力。該計劃還將擴大現有旗艦計劃的研究人員,同時支持已經在旗艦計劃的研究工作。成功申請項目的合作伙伴如果不會是旗艦計劃成員,會被邀請成為會員。歐洲旗艦的這些舉措將進一步擴大石墨烯研究領域的范圍和研究深度,并且意在指導石墨烯研究向更實際的應用領域發展。 

項目將要求來自大學、研究機構、中小企業以及大型企業的研究人員與海外同行聯合提交申請(需至少來自3個不同國家的3個合作伙伴,最長資助3年)。石墨烯領域征集的主題包括11項: 

器件與系統的計算模擬;

先進納米制造與自旋電子學;

太赫茲部件;

多功能復合材料;

功能涂層;

納米流體應用;

生物及化學傳感器;

免疫基因組學與蛋白質組學;

新興層狀材料及異質結;

能源;

原型。 

項目征集于2015年1月底截止,期間共收到來自大學、研究機構、中小企業和大型企業的78個石墨烯領域的項目提案。經過外部的國際科學評估委員會的嚴格評估,“石墨烯旗艦計劃”方面將有13個跨國項目獲得資助,資助的金額達到990萬歐元。 

這13個新增“石墨烯旗艦計劃”項目中:4個項目涉及先進的納米加工和自旋電子學,3個涉及新的層狀材料和異質結的領域,其他的覆蓋了各個不同的領域包括免疫學和蛋白質組學,生物和化學傳感器,功能性涂料,納米流體的應用,設備和系統的計算模型和原型。 

2015年度”石墨烯旗艦計劃”推薦自助項目名單

 

=====石墨烯產業化之路===== 

石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料,它幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;導熱系數高達5300W/m·K,高于碳納米管和金剛石,常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s,又比納米碳管或硅晶體高,而電阻率只約1 Ω·m,比銅或銀更低,為世上電阻率最小的材料。鑒于以上特征,小編在這里總結了石墨烯技術的主要應用和終端用戶。 

石墨烯技術潛在應用和終端用戶

 

石墨烯應用領域技術成熟度(TRL)評估

截止201386日石墨烯在技術應用中的美國專利數量比例(%

 

數據來源:美國專利商標局,賽瑞產業研究院 

國內石墨烯產業 

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。目前中國是目前石墨烯研究和應用開發最為活躍的國家之一。石墨烯有望被列為“十三五”重點新材料。 

國內石墨烯產業園區 

2011年10月,江蘇常州成立了江南石墨烯研究院,為國內首個基于石墨烯材料及應用的產業化基地。以下是國內石墨烯產業園區的基本介紹。

常州石墨烯科技產業園 

國內首個基于石墨烯材料及應用的產業化基地,入駐企業的年產值達到100億元人民幣,上市企業達到10家,共引進石墨烯相關創新創業團隊12個,注冊成立石墨烯相關企業24家,另有在談項目團隊13個,已初步形成區域性的石墨烯產業集群。目前已建成全球第一條年產100噸石墨烯粉體生產線和全球第一條3萬平方米CVD法石墨烯透明導電薄膜生產線。 

寧波石墨烯產業園區 

著力打造全球最大規模的石墨烯原材料生產基地。寧波是國內較早開展石墨烯研發和產業化的地區之一,目前在石墨烯制備技術、技術支撐、產業化等方面均走在了全國前列。2013年寧波墨西科技有限公司首期年產300噸的石墨烯生產線建成投產,是目前全球規模最大石墨烯生產線。 

青島石墨烯產業園區 

青島國家石墨烯產業創新示范基地擬于2014年9月投入使用。建成后重點拓展石墨烯新材料在海洋工程、海水淡化、防腐材料、高性能鋰電池、航天航空及軍工等領域的應用和推廣。 青島國際石墨烯創新中心設有孵化器、公共技術研發平臺、綜合服務平臺。目前,已有“千人計劃”專家侯士峰博士的青島瑞利特新材料科技有限公司、“泰山學者”青島大學劉敬權教授的青島華高能源科技有限公司等10余個高端項目落戶高新區,另有清華大學的石墨烯污水處理及海水淡化、復旦大學石墨烯制備及導電劑開發等20余個項目基本達成入駐意向。 

重慶石墨烯產業園 

通過石墨烯上下游應用技術研發與應用產品示范推廣,構筑以應用企業為主體,成為產學研相結合的產業鏈集群。2013年12月25日,重慶石墨烯產業園在金鳳電子信息產業園正式揭牌,產業園計劃用5年左右培育石墨烯應用研發企業20家以上,引進、發展下游應用生產企業100余家,建成產值1000億元的國家級石墨烯產業化示范基地。 

無錫石墨烯產業園區 

我國石墨烯產業技術創新戰略聯盟在國內設立的首個石墨烯技術研發及產業應用創新示范基地。 

國內石墨烯優勢企業 

北京生美鴻業科技有限公司

產品領域:應用已開發的石墨烯透明導電薄膜技術研制新一代智能調光膜已取得突破性進展。 

北京碳世紀科技

產品領域:具備生產單層石墨烯的工業化方法,且在石墨烯改性活性炭、塑料、橡膠,催化劑載體等領域取得實質性進展 

長沙羅斯科技有限公司 

產品領域:司自主設計的石墨烯中試生產線,已成功規模化生產出低成本石墨烯,在生產技術、工藝、設備等方面獲得多項突破,可為下游企業及科研院所無償提供高質量的石墨烯樣品試用 

重慶墨??萍加邢薰?/strong> 

產品領域:目前研發團隊已經成功研制出國內首片15英寸的單層石墨烯導電屏幕,公司將以中科院重慶綠色智能技術研究院作為技術依托,推進大面積單層石墨烯的產業化應用和開發。隨后將進一步在OLED、太陽能電池、超級電容等領用進行試用和推廣,在軍事方面也將得到廣泛的應用。 

常州第六元素材料科技股份有限公司 

產品領域:2013年實現了國內首條大規模宏量制備、全自動控制的粉體石墨烯生產線,目前石墨烯粉體產能100噸/年。預計2016年可年產1000噸粉體石墨烯,銷售收入超過6億元。公司在導電涂料、防腐涂料、散熱材料、復合材料、儲能器件等石墨烯應用領域的研發已經取得了實質性的進展。 

深圳六碳科技有限公司 

產品領域:深圳六碳科技專注于石墨烯薄膜材料的工藝研發和設備研制,尤其是化學氣相沉積法(CVD)的工藝研發和設備開發。目前,立足于化學氣相沉積法(CVD)技術,六碳科技已經完成了6萬平方米/年的石墨烯制造設備和產線建設,為下游透明導電膜和導熱膜產業批量提供實用化的石墨烯材料。 

廣東粵網節能 

產品領域:2012年3月在中國深圳成立,以石墨烯研發生產為發展方向的高科技企業。僅僅十個月的時間申報10余項發明專利(及國際PCT),并完成了若干項具有世界領先水平的重大技術突破。2014年,公司的“單層石墨烯量產技術”項目成功榮獲“深圳市戰略性新興產業專項資金資助”,還分獲“廣東省留學人員創業啟動資助”和“深圳市留學人員來深創業前期費用補貼項目”支持。 

青島華高墨烯科技股份有限公司 

產品領域:青島華高能源科技有限公司成立于2012年12月,自主研發了單層石墨烯粉體及分散液、石墨烯量子點、大片單層石墨烯、石墨烯導電紙、氧化石墨烯氣凝膠、氧化石墨烯水溶液、石墨烯功能復合塑料、球磨石墨烯粉末等12大系列高品質石墨烯產品。 

深圳貝特瑞電子有限公司 

產品領域:深圳貝瑞特電子有限公司是一家專業生產手機鋰電池、鋰電PCM板鋰電充電器等產品的廠家,公司的主要產品為鋰電池、充電器和單節、雙節及多節鋰電PCM板。 

深圳市國創珈偉石墨烯科技有限公司 

產品領域主要經營石墨烯材料開發及銷售;石墨烯導熱涂料、散熱片及相關導熱產品開發及銷售;LED、太陽能電池及其他節能產品的熱管理技術開發及銷售;新能源創意材料的設計、開發與銷售;新能源項目的技術咨詢。 

其他石墨烯生產企業: 

廈門烯成新材料科技有限公司;

常州二維碳素科技有限公司;

常州立方能源技術有限公司;

常州立英新材料科技有限公司;

常州瑞豐特科技有限公司;

常州碳時代科技有限公司;

泰州巨納新能源有限公司;

銀基烯碳新材料股份有限公司

…… 

石墨烯盛會預報-2015中國國際石墨烯創新大會即將在青島召開 

2015年中國國際石墨烯創新大會將于2015年10月28日至30日在海濱之城青島的香格里拉大酒店舉行。主題為“石墨烯的商業化解決方案”,主題演講和分會討論內容將涵蓋包括制備技術、標準化、新能源、散熱、觸屏、導電油墨、復合材料、功能涂料等30多個細分領域,同時設有行業展覽交流及學術海報展示。會議邀請了石墨烯旗艦計劃的項目經理(Ivan Buckley)及相關技術人員做相關報告。

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