石墨烯与硅基技术“联姻” 形成万亿产值

　　新方法让石墨烯与硅基技术“联姻”

　　石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的二维晶体，只有一层碳原子的厚度，是迄今最薄也最坚硬的材料，其导电、导热性能超强，远远超过硅和其他传统的半导体材料。科学家们认为，石墨烯有望彻底变革材料科学领域，未来或能取代硅成为电子元件材料，广泛应用于超级计算机、柔性触摸屏、环保和医疗设备、光子传感器以及有机太阳能电池等诸多领域。

　　但石墨烯征服硅谷之路面临的主要障碍是成功地将石墨烯整合到成熟的金属—硅化物技术内。现在，来自维也纳大学、德国和俄罗斯的研究人员成功地构建出一种新奇且高质量的处于一层石墨烯保护和覆盖下的金属硅化物结构。

　　为了揭示这一新结构的基本属性，科学家们采用了基于爱因斯坦发现的光电效应而研制的角分辨光电子能谱仪（ARPES）。当一个光粒子同一种材料相互作用时，它能将所有能量传递给材料内的一个电子。如果光粒子的能量足够大，电子获取的能量就足以让它从物质中逃逸。ARPES使科学家们能通过确定电子逃离物质的角度，提取这种材料的电子属性等相关信息。

　　该研究的合作者、奥地利维也纳大学材料学研究所电子属性研究中心的亚历山大·格鲁雷斯和尼克雷·沃比提斯基表示：“单原子厚度的石墨烯层以及由其制成的混合材料使我们能借用ARPES研究很多新奇的电子现象。”

　　借用ARPES，科学家们发现，这种石墨烯覆盖的硅化物不会被氧化，所以，其可以用于很多电子材料和设备中。最重要的是，石墨烯层几乎不同其覆盖的硅化物发生反应，这就让其属性得以保存完好。这种石墨烯-硅化物有望广泛应用于半导体、自旋电子、光伏以及热电设备中。

　　石墨烯产业有望形成万亿产值

　　石墨烯，2004年首次从石墨中分离得出，是目前世界上已知的最薄的材料，几乎完全透明，具有良好的导热、导电性能。

　　为推动石墨烯产业化，中国石墨烯产业技术创新战略联盟日前在京成立。该联盟由清华大学、中科院金属研究所、北京现代华清材料科技发展中心等核心单位发起，联合国内从事石墨烯研发、产业化的22家法人机构。联盟成员包括6所高校、4家中科院研究所、17家企业，基本囊括了国内石墨烯研发及产业化的主流单位。

　　或撬动万亿市场

　　作为一种新型的纳米材料，石墨烯以其独特的结构、力学和电子性质，在药物投递、肿瘤治疗等生物纳米技术领域有着广泛的应用前景。它是目前人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。

　　分析认为，首先，石墨烯如果取代硅，有望让计算机处理器的运行速度快数百倍。其次，石墨烯有望引发触摸屏和显示器产品的革命，制造出可折叠、伸缩的显示器件。再其次，石墨烯可以推动超级电容器发展，使得同等体积的电容扩充5倍以上的容量。此外，石墨烯加入锂电池电极中能够大幅提高导电性能。石墨烯因其超出钢铁数十倍的强度，也有望被用于制造纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣和“太空电梯”的缆线，在这些领域将引发革命性的突破。

　　作为一种技术含量极高的碳材料，石墨烯在半导体、光伏、锂电池、航天、军工、LED、触控屏等领域都将带来一次材料革命。由于售价高昂，石墨烯目前尚未产业化。有分析认为，作为一种理想的替代型材料，石墨烯一旦实现产业化其产值至少在万亿以上。

　　中国产业优势明显

　　中国具有发展石墨烯产业得天独厚的条件。数据显示，我国石墨矿储量占世界总储量的75%，生产量占世界总产量的72%，是我国少有的几种具有国际竞争优势的矿产之一。

　　论坛上，各科研单位专家和企业代表认为，石墨烯在我国的应用前景十分广阔，现在行业正处于从技术向商业演变的关键时期。但从实际情况来看，成本和工艺问题的存在使得石墨烯短期内无法形成真正的商业规模，在应用领域来看，锂电池和环保涂层材料有望是国内石墨烯应用领域未来的一大突破口。

　　石墨烯的制成需要有尖端的制备工艺，目前业内主要有四种制备方法，分别是机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法（CVD）。前三种的原材料均为石墨，CVD法原材料则为甲烷居多。由于制造成本相对较低，目前业内多采用机械剥离法和氧化石墨还原法制造石墨烯。

　　中科院宁波材料所石墨烯研究团队研究员周旭峰表示，目前国内对石墨烯的应用前景颇为看好，多个领域都准备跃跃欲试。但从实际情况来看，制造工艺不稳定和成本居高不下，仍是石墨烯走向产业化最需要解决的问题，从制造工艺来看，目前业内的四种方法均有各自的优势和缺陷，产业技术路径仍在探讨之中。周旭峰认为，由于产业链相对较短，环保和储能领域有望成为率先实现石墨烯商用。

　　在相关政策扶持方面，工信部原材料司副司长高云虎表示，在编制新材料产业“十二五”发展规划的时候，石墨烯还没有目前这样热门，产业应用前景也并不明朗，因此在规划文本、产品目录中没有把石墨烯作为主要重点，但随着技术和应用的突破，下一步会统筹研究并予以考虑。