石墨烯产业化步伐悄然加快

　　□本报记者 杨博
　　“一秒钟内下载一部高清电影，手机的充电时间缩短到一分钟，这些都有可能在2024年前后实现，靠的仅仅是一个小小的石墨烯器件。”在2012年底的一场报告会上，中国科学院院长白春礼作出如上预测。
　　2010年，英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因从事石墨烯的研究并揭示了其性质而获得当年的诺贝尔物理学奖。这使得早在2004年就已经面世的石墨烯成为科技领域新的热点。由于具有高导电性、高强度、极轻薄等优势，石墨烯在电子、航天军工、生物、新能源、半导体等领域有广泛的应用潜力，被称作可能改变世界的“神奇材料”。
　　随着批量化生产和大尺寸难题逐步突破，石墨烯的产业化步伐正在加快，国内外相关机构的科研投入力度也在上升，市场关注度随之升温。今年以来，海内外涉及石墨烯概念的公司股价普遍实现了两位数以上的涨幅。
　　改变21世纪的新材料
　　2004年，海姆和诺沃肖洛夫首次成功分离出只有一个碳原子厚度的单层石墨薄片，即石墨烯材料。这种材料被证实是世界上已经发现的最薄、最坚硬的物质。把20万片石墨烯薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚，但其硬度却是钢铁的200倍。不止如此，这种材料还具备极好的透光性、导电性和导热性，是最理想的电极和半导体材料。
　　自石墨烯被发现以来，研究人士一致努力开发这种材料的商业用途，如替代晶硅应用在芯片领域，制造锂离子电池负极材料以及超级电容器，制造可弯曲触摸屏等。
　　此前，据报道,美国麻省理工学院已经成功研制出一种表面附有石墨烯纳米图层的柔性光伏电池板，并称这项技术能够极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本。该机构研究人员指出，利用石墨烯制造出来的太阳能电池未来有望被广泛用于如夜视镜、相机等小型数码设备当中。
　　韩国三星公司的研究人员也已制造出由多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏。数据显示，2013年全球对手机触摸屏的需求量大概在9.65亿片，产值超过130亿美元。到2015年，平板电脑对大尺寸触摸屏的需求也将达到2.3亿片，这为石墨烯的应用提供了广阔的市场。
　　另据英国《每日邮报》在线版日前消息，美国科学家最近研发出一种以石墨烯技术为基础的“超级电容器”，其充电速率远远高于普通电池，用其为一部iPhone手机充满电仅仅需要5秒钟。该研究小组称，正在积极与配件生产企业联系，推动该产品的市场化发展。
　　中国科学院预计，到2024年前后，石墨烯器件可望替代CMOS(互补金属氧化物半导体)器件，应用领域包括纳电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等。英国曼彻斯特大学工程与自然科学学院院长贝利表示，石墨烯有可能彻底改变目前数量庞大的各种应用，“从智能手机和超高速宽带，到药物输送和计算机芯片”。
　　“石墨烯将彻底改变21世纪。”在石墨烯的“诞生地”曼彻斯特大学，研究人士们这样预言。
　　初步攻克产业化障碍
　　目前，全球各国都瞄准了石墨烯商机，纷纷加大研发支持力度，尝试推进石墨烯应用的商业化。1月28日，欧盟委员会宣布将石墨烯和人脑工程两大科技入选“未来新兴旗舰技术项目”，并分别设立专项研发计划，每项计划将在未来10年内分别获得10亿欧元的经费。
　　英国也在推进这一进程。日前英国政府表示，将投资6100万英镑建立国家石墨烯研究所(NGI)，意在推动石墨烯在未来几十年里从实验室进入生产线和市场。
　　从生产角度看，石墨烯的生产原料为石墨，在中国储量丰富，价格低廉。但由于纳米尺度的特征，批量化生产和大尺寸生产成为石墨烯大规模商用的最大阻碍。不过最新的研究成果已经有所突破。
　　2012年9月，位于浙江省慈溪市的宁波墨西科技有限公司年产300吨石墨烯项目正式开工建设。这是全球首条石墨烯生产线，该生产线的设立将使得石墨烯的制造成本从5000元/克降至3元/克，解决了这种材料的量产难题。
　　在实现低成本量产后，批量应用成为重要一环。今年初，中科院重庆绿色智能技术研究院宣布，利用化学气相沉积法成功制造出国内首片15英寸的单层石墨烯，并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上，制备出了7英寸石墨烯触摸屏。2月末，该研究院宣布与上海南江集团签约，共同推进大面积、单层石墨烯项目产业化，力争在一年时间内形成1000万片大面积、单层石墨烯的生产能力，估计产值上亿元人民币。
　　投资热度升温
　　资料显示，目前全球有200多家公司涉及石墨烯的相关研究和开发，其中不乏IBM、英特尔、美国晟碟以及三星等科技巨头。而在产品专利数量上，中国和美国遥遥领先。对石墨烯行业有较深研究的英国科技策略机构剑桥知识产权公司(Cambridge IP)的最新数据显示，截至2012年底前英国企业和院校的石墨烯相关专利共有54个，中国的相关专利数量是其40倍，美国是其30倍。
　　在这家机构新近发布的排行榜上，目前全球最大的10个石墨烯相关专利持有机构分别是IBM、韩国高级科技仪器公司(KAIST)、韩国科技仪器公司(KIST)、莱斯大学、三星、美国晟碟、清华大学、韩国成均馆大学、美国施乐公司、浙江大学。剑桥知识产权公司董事长唐诺克表示，过去几年中，亚洲地区特别是韩国和中国的石墨烯专利活动显著增加。
　　随着石墨烯的产业化进程推进，市场对其关注度日趋升温。海外相关上市公司中，德国的爱思强(NYSE:AIXG)主要生产半导体行业用金属有机物化学气相沉积设备，这家公司的股价今年以来上涨15%。拥有在印度和中国市场出售石墨烯产品子公司的韩国朝华集团 ( 009830.KS)今年以来股价上涨13.4%。
　　值得一提的是美国的CVD设备公司(NASDAQ:CVV)。这家公司是美国首个量产石墨烯的上市公司。2010年5月，这家公司与哥伦比亚大学附属的石墨烯实验室签署合作协议，由该公司造的石墨烯材料和产品将通过石墨烯实验室负责在全球销售。2011年这家公司的收入和每股盈利都实现翻番。由于大部分业务与石墨烯相关，CVD设备公司的股价自2010年6月底开始狂飙，到2010年9月底的三个月内从每股3.1美元蹿升至每股13.5美元，涨幅超过三倍。该公司股价今年以来的涨幅接近15%。
　　在国内A股市场上，石墨烯概念股也频频受到资金追捧，特别是美国研究出“超级电容器”的消息在近两日掀起小高潮。年初至今，中国宝安(000009)股价已累计上涨14.4%，金路集团(000510)上涨52%，方大炭素(600516)上涨28%，力合股份(000532)上涨30%。
　　中科院研究人员在利用显微镜对单层石墨烯制成的触摸屏产品进行进一步数据分析。