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        石墨烯規(guī)模生產(chǎn)是“南柯一夢(mèng)”?


        來(lái)源:投資者報(bào)

        標(biāo)簽石墨烯
        2004年一個(gè)周五的傍晚,曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦汀·諾沃肖洛夫,在做一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn),這個(gè)實(shí)驗(yàn)使他們獲得了極高的聲譽(yù)。

          以前,海姆曾經(jīng)在實(shí)驗(yàn)磁場(chǎng)中讓老鼠飄浮起來(lái),因而獲得了一個(gè)微不足道的獎(jiǎng)勵(lì)。這次,兩位教授像玩游戲一樣拿著透明膠帶,把它們黏貼在普通的石墨上,然后又小心翼翼地把膠帶連同薄薄的一層石墨揭下來(lái)。

          這兩位俄羅斯出生的物理學(xué)家所做的只是一件非常簡(jiǎn)單的事情。這件事很多人過(guò)去都做過(guò),但是卻失敗了。然而就是這樣一件看似簡(jiǎn)單的事情,卻能夠在極大程度上改變未來(lái)。

          就是這樣一層薄薄的石墨,一旦分離出來(lái),就會(huì)發(fā)現(xiàn)它具有一系列革命性的特性:導(dǎo)電速度超過(guò)硅的100倍;強(qiáng)度超過(guò)鋼的200倍……整個(gè)科技界對(duì)海姆和諾沃肖洛夫做出的貢獻(xiàn)極為贊賞,并授予他們2010年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。諸如三星、IBM和英特爾之類的投資者和商業(yè)公司,開(kāi)始意識(shí)到石墨烯的應(yīng)用大大有利可圖。

          今后20年的創(chuàng)新遠(yuǎn)景

          當(dāng)然,此類的技術(shù)突破以前也曾出現(xiàn)過(guò),但在走出實(shí)驗(yàn)室,在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮潛能以前,那些技術(shù)都漸漸消失了。

          就如上世紀(jì)90年代,碳納米管也曾火爆一時(shí),但在科學(xué)家和風(fēng)險(xiǎn)投資者中同樣都沒(méi)有紅火起來(lái)。問(wèn)題在于,石墨烯是會(huì)像某些人想的那樣,成為材料科學(xué)的一次大飛躍,還是只是像碳納米管一樣,僅僅是一種科學(xué)規(guī)劃,缺乏有生命力的商業(yè)實(shí)用價(jià)值?

          “我們已經(jīng)看到,碳納米管之類的納米材料,有著很好的性能,卻不能進(jìn)入市場(chǎng),為投資者帶來(lái)回報(bào)!崩湛怂寡芯克Y深評(píng)論家、《石墨烯能夠成就下一個(gè)硅谷嗎……或者只是另一個(gè)碳納米管?》一文的第一作者Ross Kozarsky說(shuō):“碳納米管的教訓(xùn)是它存在著大量炒作,大公司和小創(chuàng)業(yè)公司投入了大量資金,卻毫無(wú)效益!

          2010年以來(lái),石墨烯平步青云,被稱為材料行業(yè)中有支柱作用的材料。但是正如人們每天都在做的事情一樣,它通常要用好多年,有時(shí)候甚至是幾十年的時(shí)間,才能進(jìn)入生產(chǎn)領(lǐng)域。

          最近訪問(wèn)曼徹斯特大學(xué)時(shí),我看到這所大學(xué)仍然是石墨烯的“革命”基地,物理學(xué)家和技術(shù)人員正在努力使自家的創(chuàng)新技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室,步入生產(chǎn)市場(chǎng)。

          要做到這一點(diǎn),他們需要開(kāi)發(fā)涉及石墨烯的“殺手級(jí)軟件”,“軟件”要比現(xiàn)有技術(shù)具有更明顯的優(yōu)勢(shì)——不需要花太多的制造費(fèi)用。

          最近發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇科學(xué)研究文章展望了石墨烯的前景。

          文章說(shuō),研究人員為石墨烯制定了路線圖,展望了它在今后20年的創(chuàng)新遠(yuǎn)景。他們認(rèn)為,有彈性的消費(fèi)市場(chǎng)前景將在3年內(nèi)出現(xiàn)。真正廣泛地應(yīng)用于電子產(chǎn)品,比如超高速、低能耗信息處理機(jī)和記憶芯片,形成成熟的商業(yè)市場(chǎng),則需要10年時(shí)間,F(xiàn)在的觸摸屏使用的是銦錫氧化物,研究人員認(rèn)為石墨烯靈活的機(jī)械性能和穩(wěn)定的化學(xué)性,在這方面具有很大優(yōu)勢(shì)。

          現(xiàn)在,石墨烯應(yīng)用于高科技電子產(chǎn)品正處于關(guān)鍵時(shí)期。科學(xué)家用盡了各種招數(shù),使事情按照摩爾定律來(lái)進(jìn)行。

          因?yàn)殡娮映霈F(xiàn)不穩(wěn)定性,就像滴在灼熱平底鍋上的小水滴,硅線路越小,毫微紊亂就會(huì)出現(xiàn)得越多?茖W(xué)家認(rèn)為,石墨烯量子的機(jī)械性有可能提供一種方法,使電子產(chǎn)品向著超小、高速,超低能耗等多樣性數(shù)碼電子方向發(fā)展。這樣就能集石墨烯的三種優(yōu)點(diǎn)于一身,制造出鹽素體晶粒醫(yī)用傳感器,在流動(dòng)血液中檢測(cè)出癌變細(xì)胞。

          當(dāng)下石墨烯的市場(chǎng)主要是在研究上

          如上所說(shuō),石墨烯大量專利項(xiàng)目已經(jīng)在全世界發(fā)布,所以不僅僅只是曼徹斯特大學(xué)的研究人員在致力于石墨烯的研究與應(yīng)用。據(jù)英國(guó)劍橋知識(shí)產(chǎn)權(quán)公司(CambridgeIP)透露,三星公司率先行動(dòng),一攬子購(gòu)買下407項(xiàng)石墨烯專利和應(yīng)用程序,IBM 公司購(gòu)買了134項(xiàng)。

          三星公司曾與索尼公司一起,投入大量資金,研究使用石墨烯制造高靈敏度電子觸摸屏。但是,盡管公司已經(jīng)推出了以石墨烯為材料的柔性顯示器的宣傳視頻,可至今卻沒(méi)有正式產(chǎn)品展出,而索尼公司連宣傳視頻也還沒(méi)有。

          作為芯片產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)軍者,英特爾公司也認(rèn)為石墨烯是一種很有前景的材料,但是還要做進(jìn)一步的研究。當(dāng)下他們正在和大學(xué)進(jìn)行合作研究。英特爾公司認(rèn)為,至少在5年之內(nèi),石墨烯還不具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

          然而,一批石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)公司卻大膽宣稱,廉價(jià)、優(yōu)質(zhì)的石墨烯產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始投放市場(chǎng),其中包括石墨烯技術(shù)公司、Grafoid公司、國(guó)家納米材料公司、Xolve公司和Haydale公司等。

          Kozarsky說(shuō),要評(píng)價(jià)他們做得怎樣,還為時(shí)尚早。去年,勒克斯研究公司瞄準(zhǔn)了石墨烯市場(chǎng),但營(yíng)業(yè)額少得可憐,只有900萬(wàn)美元,到2020年預(yù)計(jì)也不過(guò)只能達(dá)到1.26美元。

          石墨烯產(chǎn)品大多是粗制濫造的,更多是用來(lái)做研究之用的石墨烯。當(dāng)下石墨烯的市場(chǎng)主要是在研究上,根據(jù)曼徹斯特大學(xué)的估計(jì),全世界的公司和學(xué)術(shù)研究中心2012年花在研究上的費(fèi)用大約是10億美元。

          石墨烯優(yōu)勢(shì)顯著

          用石墨烯制造儀器,有一大優(yōu)勢(shì)。它是一個(gè)薄片,不會(huì)像碳納米管那樣自己來(lái)回滾動(dòng)。把薄片隨時(shí)彎曲起來(lái)并不那么容易,但是起碼有理由認(rèn)為,它不會(huì)像納米管那樣,因缺少原料而阻礙生產(chǎn)。

          “形成石墨烯規(guī)模生產(chǎn),還有很多事情要做!甭鼜厮固卮髮W(xué)國(guó)家石墨烯研究所項(xiàng)目經(jīng)理Ivan Buckley說(shuō):“但是,石墨烯最大的挑戰(zhàn)是……如何把石墨烯超導(dǎo)、高強(qiáng)度和光學(xué)的優(yōu)異性能作為整體駕馭起來(lái),只有這樣才能研制出超常產(chǎn)品!

          一旦科學(xué)家們學(xué)會(huì)了在產(chǎn)品中駕馭石墨烯無(wú)可匹敵的性能,他所說(shuō)的超常應(yīng)用將有可能在今后10年內(nèi)出現(xiàn)。

          “在很多方面,石墨烯都是理想的導(dǎo)電材料——它有著高導(dǎo)電性能和重量極輕的特點(diǎn)!甭鼜厮固卮髮W(xué)教授、化學(xué)研究者Rob Dryfe說(shuō):“而這些,正是任何大的能量都能塞進(jìn)一個(gè)小薄片中的關(guān)鍵所在——石墨烯就可以自主排除其中的障礙。”

          IBM公司的Avouris認(rèn)為,石墨烯的兆赫級(jí)導(dǎo)電能力,可以解決醫(yī)療領(lǐng)域的很多問(wèn)題,比如傳感、醫(yī)學(xué)造像和短距離傳輸?shù)。而公司也正在致力于研究高頻石墨烯晶體管和兆赫級(jí)電子儀器。

          兆赫頻率處于紅外線頻率和微波頻率之間,所以它具有應(yīng)用于成像和傳感的潛能。Avouris說(shuō):“顯而易見(jiàn),無(wú)線頻率是石墨烯應(yīng)用的領(lǐng)域之一,在這一領(lǐng)域它可以發(fā)揮重大作用!

          幾年前,在國(guó)會(huì)聽(tīng)證會(huì)上,Darpa對(duì)決策者說(shuō),因?yàn)槭┯兄娛赂锩膽?yīng)用潛力,所以應(yīng)該優(yōu)先發(fā)展。

          在軍事裝備中,破壞力最強(qiáng)的屬高頻雷達(dá),其威力是現(xiàn)在雷達(dá)的10到15倍,它可以探測(cè)到敵方的設(shè)施,從而提供對(duì)抗防御措施。軍事代理商對(duì)石墨烯也極感興趣,它在制造用于軍人的輕型耐久電池方面有著極大應(yīng)用潛力。

          最緊迫需求是柔性顯示器的應(yīng)用

          所有這些聽(tīng)起來(lái)是不是讓人心潮澎湃,石墨烯發(fā)展前景非常壯觀。但是有那么多選擇,哪一個(gè)市場(chǎng)才是你投資的首選?

          一個(gè)參考意見(jiàn)是,看一看材料發(fā)展史,如尼龍發(fā)展的歷史,可能對(duì)你有所幫助。尼龍從研發(fā)開(kāi)始,僅僅用了幾年的時(shí)間就形成了規(guī)模市場(chǎng),那是因?yàn)樗兄苯拥氖袌?chǎng)方向:女人的針織品。

          圣約翰大學(xué)助理教授、《新材料革命:全球化時(shí)代技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展》的作者Sanford Moskowitz說(shuō):“有應(yīng)用前景的材料是以最短的時(shí)間和最便宜的價(jià)格投入市場(chǎng)的材料,這樣的材料往往最容易取得成功!

          Moskowitz指出,相比之下奧綸和滌綸都是上世紀(jì)50年代研發(fā)出來(lái)的,但是它們用了好多年才被工業(yè)采用,因?yàn)樗鼈冇刑倍嗟膽?yīng)用項(xiàng)目。

          根據(jù)諾沃肖洛夫的路線圖,市場(chǎng)對(duì)石墨烯的最緊迫的需求是在柔性顯示器的應(yīng)用上。你可以想象得到,一個(gè)到處都是觸摸屏的世界,人們都在專注地等待著盡快出現(xiàn)一個(gè)顯示器的大改進(jìn)。

          是的,大規(guī)模的材料生產(chǎn)需要時(shí)間,但是起碼不會(huì)像碳納米管那樣,中途受阻。石墨烯的商業(yè)化時(shí)代就要到來(lái),在曼徹斯特大學(xué)之類的地方,越來(lái)越感覺(jué)到石墨烯會(huì)成為推動(dòng)英國(guó)走在21世紀(jì)科技尖端的領(lǐng)軍者。

          曼徹斯特的石墨烯粉絲們,喜歡引用諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)2010年對(duì)這一跨世紀(jì)制造業(yè)創(chuàng)舉的評(píng)語(yǔ):“石墨,是地球上所有已知的生命的基礎(chǔ),現(xiàn)在它又一次使我們感到吃驚!

            石墨烯還有多少潛能有待挖掘,也許科學(xué)家們自己都不能預(yù)料。相信隨著科學(xué)家們對(duì)石墨烯研究的不斷深入,石墨烯將會(huì)更加還能給我們帶來(lái)更多的驚喜。但是,人們更加期待石墨烯的早日應(yīng)用,從而給人們的生活帶來(lái)真正的變化。
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