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石墨烯研發面臨三大難題
發布時間:2017/9/14 訪問人數:10993
石墨烯將承載產業變革希望
——訪劍橋大學石墨烯中心主任安德烈·法拉利教授
近年來,石墨烯承載著未來變革產業領域的希望,歐盟于2013年10月率先啟動了為期10年的“石墨烯旗艦項目”,旨在使歐洲公司“能夠在全球石墨烯 技術競賽中獲得主動權”。在該項目日前主辦的“2015石墨烯周”大會期間,科技日報記者就有關問題采訪了項目執行委員會主席、劍橋大學石墨烯中心主任安 德烈·法拉利教授。
石墨烯項目進展獲得好評
法拉利教授認為,未來10年石墨烯具有提升和變革若干產業領域的巨大潛力,同時也有望在歐州和全球創造大量新增就業機會。因而,從技術角度審視石墨烯究竟對哪些具體產業領域更為重要,這非常關鍵。
法拉利教授介紹說,歐盟委員會對項目進展審核后給予積極評價,認為“大獲成功”。一年多來,該項目發表了大量研究成果,同時申請了一些專利;已搞定了計劃的全部協調工作。
他謹慎地強調,目前該項目仍處于初期階段,在執行過程中面臨兩個重要挑戰:一是管理和政治方面的挑戰。由于項目涉及歐盟眾多成員國、眾多研究中心、機 構和企業,必須確保參與各方能夠有效地合作;二是確保將項目從基礎研究轉向工業應用研究。目前,越來越多的工業界伙伴尤其是歐洲一些大牌公司都加入了該項 目,其中包括英國FlexEnable公司、德國英飛凌公司、愛立信和阿爾卡特公司等,這正契合了項目的宗旨——與工業界建立牢固的伙伴關系。
石墨烯研發面臨三大難題
法拉利認為,2015年石墨烯研發的主要障礙有三:第一是目前能制備的材料呈現出一些特性,而人們用來制造設備的材料則需要另一些特性,這之間存在 “隔閡”。石墨烯價值鏈是以整體方式呈現,但在制備某種材料時,需要相對應種類的特殊石墨烯——即存在很多不同種類的石墨烯,但并非都能很好地用于同樣用 途。制造電子設備需要一種石墨烯,而制造電池則需要另一種完全不同的石墨烯;制造電池的石墨烯不可能用來制造晶體管,反過來也一樣。
第二是石墨烯與半導體Fab材料(用于大規模制造設備)的集成。“石墨烯旗艦項目”剛設計了一個“圓片規模集成”來實現在石墨烯與典型Fab材料的集 成。如果不能將石墨烯置入Fab,就不能將其置入其他設備中。歐洲很幸運地擁有像諾基亞、愛立信和阿爾卡特等大公司,他們最終認識到下一步是石墨烯與半導 體Fab的集成。如果這方面取得成功,必將能實現石墨烯的大規模制備。
第三是最終設備的整體成本,即與其他技術相比是否具有競爭力,但目前對此尚難以確定。
未來10年最有希望的應用
法拉利教授認為,未來10年,石墨烯將先后在復合材料、透明半導體材料、能源、光子、光電子和傳感器等領域走向應用。
從時間表來看,未來2年到3年內石墨烯最有希望的應用將是復合材料。如一家名為Head的歐洲公司,正在利用石墨烯生產網球拍;另一家歐洲公司也正準 備推出加入石墨烯的自行車輪胎;還有一家公司正將注意力轉向具有機械特性和熱力特性的復合材料。這些應用都屬于復合材料領域。其后,將是透明導電材料如移 動手機和電視屏幕等。
未來5年內,石墨烯在能源領域也將大有作為,如石墨烯電池和石墨烯超級電容器等;未來5年到10年內,石墨烯將在光學、光子學和傳感器等領域,如光感測器、激光感測器、調制器及數據傳輸設備等方面得到應用。

 

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