石墨烯材料的“六方会谈”

石墨烯（Graphene）又称单层石墨片，是一层密集排列在六角型呈蜂巢晶格上的碳原子所构成的薄膜，是目前世界上已知的最薄材料和唯一发现的二维自由态原子晶体。在电学、导热性、力学、光学等方面，石墨烯有诸多优良性能，如高性能传感器功能、催化剂功能、吸氢功能、双极半导体、无散射传输、应力传感器功能等，被誉为“21世纪神奇材料”。

当前，石墨烯以其神奇特性承载着人们的无数想象。世科学家预计，未来5到10年内，石墨烯研究会有很大发展，首个石墨烯触摸屏将在三五年内上市，超薄超轻型飞机、超薄可折叠手机、高强度航空材料，甚至更富想象力的太空电梯等未来设备将在相关领域引发革命性突破，并带动价值数万亿美元的新兴产业链。

随着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。世界主要国家均高度重视发展石墨烯相关产业，期待它带来巨大的市场价值。

中国：基础与应用研究并行

中国是目前石墨烯研究和应用开发最为活跃的国家之一。国家自然科学基金委资助了大量有关石墨烯的基础研究项目，国家科技重大专项、国家973计划也部署了一批重大项目。各级政府对石墨烯表现出极大的兴趣，已经初步形成了政府、科研机构、研发和应用企业协同创新的官产学研合作对接机制。数据显示，在所有国家中，中国申请的石墨烯专利数量最多，已超过2200项，占全世界的1/3。目前，中国已经走在了石墨烯产业化的前列，涌现出了一大批石墨烯相关企业，产业方向集中在石墨烯的制备以及储能、触摸屏和涂层等几个应用领域。科学家也已经开发了一系列石墨烯基储能材料，如石墨烯基高密度多孔碳材料，为促进石墨烯的实际应用铺平了道路。

2016年1月初，中国科学院青岛储能院研发出的新型石墨烯基高能量度锂离子电容器技术通过由中国石油和化学工业联合会组织的专家鉴定和评价。与会专家一致认为，该项成果创新性强，总体达到国际先进水平，具有较好的推广价值，并建议尽快推进产业化进程。而且，利用石墨烯特性，研发新型防弹衣，防弹插板只需17毫米就能达到甚至超过传统产品的防弹效果，重量还可减轻20％。青岛华高墨烯科技有限公司这款防弹衣已与3家使用单位签约。

美国：科研与产业并驾齐驱

作为科技强国，美国的研发实力相当强大，不仅对石墨烯的研究投入开始较早，而且投入力度也比较大。美国国防部高级研究计划署2008年7月就发布了总投资2200万美元的碳电子射频应用项目，旨在开发超高速和超低能量应用的石墨烯基射频电路。2006年—2011年间，美国国家自然科学基金关于石墨烯的资助项目有200项左右，涵盖了石墨烯研究和应用的各个领域。2014年，国家自然科学基金投入1800万美元、美国空军科研办公室投入1000万美元对石墨烯及相关的二维材料开展基础研究。

良好的创业环境也促使了众多小型石墨烯企业的诞生，产业化和应用进程相对较快，如国际商业机器公司（IBM）、英特尔、波音等投入大量的科研力量进行石墨烯的研发。2012年，美国IBM公司成功研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路，使石墨烯特殊的电学性能彰显出应用前景，预示着未来可用石墨烯圆片来替代硅晶片。2014年10月，IBM研究人员发现石墨烯材料能大幅降低蓝光LED成本，公司计划未来5年内投入30亿美元研究下一代芯片技术。当月，美国麻省理工学院研究人员发现，揉皱的石墨烯纸可用于制备易弯曲、折叠或拉伸到其原始大小800％的超级电容器，且揉皱—平复1000次其性能也不发生明显降低。

英国：让英国的发现在英国做出名堂来

英国是石墨烯的“诞生地”，不过相关研发和产业化却落后于中国、韩国、美国、日本等国家和地区。

近几年，为了巩固石墨烯的优势，英国政府投入巨资加速石墨烯的研发：2011年，英国政府宣布投入5000万英镑支持石墨烯研究，包括建立总投资达6100万英镑的国家石墨烯研究院；2012年12月，英国政府增拨2150万英镑用以资助石墨烯材料应用领域的研究；2013年英国政府联合欧洲研究与发展基金会共同出资6100万英镑在曼彻斯特大学成立国家石墨烯研究院，由石墨烯的发明者同时也是诺贝尔奖得主——物理学家安德烈？海姆（AndreGeim）和康斯坦丁？诺沃肖洛夫（KonstantinNovoselov）领衔；2014年，英国政府联合马斯达尔公司宣布继续投资6000万英镑在曼彻斯特大学成立石墨烯工程创新中心，作为国家石墨烯研究院的补充，加速石墨烯的应用研究和开发，维持英国在石墨烯及其他二维材料方面的世界领先地位。英国财政大臣奥斯本称，英国政府将“致力于确保让英国的发现在英国做出名堂来”。

不仅如此，英国还涌现了众多致力于石墨烯生产和应用的公司，比如英国著名的体育用品海德公司已于2013年起推出了添加石墨烯的网球拍。

欧盟：合力抢占战略制高点

欧盟近年来对石墨烯的研发也投入较大。截至2011年，欧盟总共投入了约1．5亿欧元推动石墨烯的相关研发。2013年1月，欧盟委员会更是将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一，计划10年内提供10亿欧元资助，将石墨烯研究提升至战略高度，旨在把石墨烯和其他二维材料从实验室推向社会，促进产业革命和经济增长，创造就业机会。该项目由瑞典查尔姆斯理工大学牵头、欧盟15个成员国的100多个研发团队组成，其中包括4名诺贝尔奖得主。

欧盟现有50余家公司在开展石墨烯的研发、产业化以及应用的推进。除了政府推动的学术研究，许多工业巨头，如巴斯夫、拜耳公司等，也投入了相当的人力和财力加强对石墨烯相关应用的研发。

欧盟的重要成员国德国于2010年启动了石墨烯优先研究计划，包括38个研究项目，投入几千万欧元，旨在加深对石墨烯性能的理解和操控，为新型石墨烯基电子产品奠定基础。2012年10月，德国慕尼黑工业大学的科学家成功制成石墨烯光电探测器，石墨烯制成的光电探测器能非常快速地处理和引导光电信号。

2014年底，西班牙石墨烯公司与科尔多瓦大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池，其储电量是目前市场最好产品的3倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。目前，该公司已与德国四大汽车公司中的两家进行联合测试。

韩国：政企合力发展

韩国石墨烯相关研究与产业发展迅猛，这不但得益于韩国政府近年来不间断的支持，也得益于本国大型公司的巨大投入。韩国原知识经济部预计2012至2018年间向石墨烯领域提供总额为2．5亿美元的资助，其中1．24亿美元用于石墨烯技术研发，1．26亿美元用于石墨烯商业化应用研究。目前，韩国的石墨烯专利申请量居全球第三，仅次于美国和中国，远高于欧洲其他国家。

产业企业层面，韩国三星投入了巨大研发力量，保证了其在石墨烯应用于柔性显示、触摸屏以及芯片等领域的国际领先地位，在2011年研发出40英寸的石墨烯触摸屏面板。2014年，三星先进技术研究院与韩国成均馆大学联合宣布合成了一种能在更大尺度内保持导电性的石墨烯晶体，是一种可以用在柔性显示屏和可穿戴设备上的屏幕显示技术。韩国科学家也于2014年11月宣布发明最新的石烯超级手机电池，可存储与传统电池等量的电量，但充电时间只需16秒。

韩国建国大学电子与通信研究所的研究人员于2015年10月开发出了可穿戴的石墨烯涂层织物，可以检测空气中的有害气体。研究人员采用牛血清白蛋白纳米胶水对棉纱和涤纶纱进行涂抹，然后将纱线包覆在氧化石墨烯片当中制作出石墨烯涂层织物。该织物对检测NO2特别敏感，将其暴露于百万分之0．25浓度的NO2中30分钟就能有反应，相比于其他在平板材料上制备的还原氧化石墨烯，该织物对空气中NO2的敏感度是其3倍。这种新技术可立即在相关行业中采用，因为涂层工艺很简单，适合于大规模生产。这将使户外佩戴者获得有关空气质量的信息，还可以与空气净化器一起使用，作为检测和过滤空气中有害气体的“智能过滤器”。

日本：政府资助，众多企业竞相参与

日本作为碳材料产业最发达的国家之一，从2007年起就对石墨烯的开发进行资助。例如：日本科学技术振兴机构2007年就对石墨烯材料和器件的技术开发项目进行资助；经济产业省2011年实施的“低碳社会实现之超轻、高轻度创新融合材料”项目，重点支持了碳纳米管和石墨烯的批量合成技术。

除了日本政府的相关投入外，日本众多企业，如日立、索尼、东芝等投入了大量资金和人力从事石墨烯的基础研究以及应用开发，并取得了显著进展。日本索尼公司2012年就研发出了可以生成长度达120米的石墨烯的透明薄膜化学气相生长技术。

当然，世界上的科学家并没有因为地域或国别不同而放弃合作。中国科学院上海硅酸盐研究所、美国宾夕法尼亚大学和北京大学科研人员于2015年9月发现一种三维石墨烯管的超级材料，兼具远优于已有碳材料的强力学、低密度、高导电等特性，可撑起4万倍自身重量。构建密度低于10毫克/立方厘米的超轻材料成为目前国际材料学的研究热点。此次科研人员研制的三维石墨烯管首次由四连接的石墨烯纳米管通过碳碳共价键键合，形成类似金刚石的四配位三维稳固结构。其具有高强度，可以支撑自身重量的4万倍，没有发生明显形变，同时还具有超高弹性，循环1000次后几乎可完全恢复，成为所有多孔材料之最。石墨烯空管材料还拥有优异的电导率，三维石墨烯管可作为性能优异的弹性导体，其力学和电学性能是目前报道的多孔石墨烯的1～2个数量级高，可以应用于新能源领域。此外，该材料具有超疏水特性，吸附有机溶剂超快，吸附有机溶剂达自身重量的600倍以上，可用于污水处理，如海上漏油等。