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中科院材料所汪伟:石墨烯薄膜或在未来3-5年成熟应用市场 制备技术成产业助推器

作为近年来热度颇高的新型材料之一,石墨烯一直成为热议的话题。作为一种新兴的超级碳材料,因其具有良好的透明性、导电性以及柔性等特点,在电子、光子及光电设备领域的应用范围十分广泛,是一种战略新材料。

作为近年来热度颇高的新型材料之一,石墨烯一直成为热议的话题。作为一种新兴的超级碳材料,因其具有良好的透明性、导电性以及柔性等特点,在电子、光子及光电设备领域的应用范围十分广泛,是一种战略新材料。有数据显示,2016年石墨烯薄膜的市场规模约为4亿元左右,随着技术的突破、价格的下滑,石墨烯薄膜将得到更广泛的应用,市场规模将呈高速发展态势。到2025年,石墨烯薄膜应满足柔性电子用的上亿平方米产能,市场规模将达百亿元,前景不可估量。

据了解,从石墨烯薄膜性能上看,具备完整的较强导电性、透光性、柔性及微电子等属性,可以将石墨烯薄膜作为感应层或者驱动层,被使用在触摸屏的模组里。同时,石墨烯薄膜也是目前替代透明导电薄膜材料(ITO)的最优材料。但目前技术未能达到大规模生产以及能够有效的控制成本,石墨烯薄膜的制备工艺水平还有待持续改进。而就在中科院材料研究所,通过研究人员不断突破石墨烯薄膜制备技术瓶颈,解决了薄膜制备的核心技术难点。

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中国科学院宁波材料技术与工程研究所副研究员  汪伟

据中国科学院宁波材料技术与工程研究所副研究员汪伟表示,目前,石墨烯薄膜的制备国内已有很大的技术突破,并且在全球也处于技术优势地位,产业化更容易。特别是中科院在这方面引领着最新的技术水平,主要解决了石墨烯薄膜制备系统化工程的难题。

据了解,传统石墨烯薄膜制备面临片状生长效率低下、大面积转移难以及应用特性不明显等问题,严重制约产业的发展。汪伟向记者介绍,石墨烯薄膜成型主要分为以下几个流程,其中薄膜生长主要是制造工艺方面的技术,一般的方法就是利用气相沉积法,通过石墨烯在铜箔上的大面积生长从而得到石墨烯薄膜。但中科院材料所在石墨烯薄膜制备采用了卷对卷的动态生长工艺,这对技术难度等级要求更高。

汪伟说,中科院主要突破了三个技术难点。第一,设备的自主设计与组装。其中包含了卷对卷的生长设备和卷对卷的转移设备。第二,解决了动态生长工艺与设备的匹配。也就是说,中科院研发了自己的石墨烯薄膜动态生长工艺,也因此能够实现高速的石墨烯薄膜卷对卷的生长模式,其难度是要在铜的接近熔化的温度下进行。第三,卷对卷无损转移。据介绍,从铜箔转移到另外一个基材上面是石墨烯薄膜成为最终产品的最关键的一环,目前大多采用的转移技术都不太适合大规模的产业化应用,在成本、稳定性或重复性等方面有所缺陷,因此卷对卷的无损转移处于技术匮乏的阶段。而中科院自主研发的卷对卷无损转移工艺适用于流程化生产,同时能够实现多种基材的薄膜转移,其中包括了PET、PEN、PI以及玻璃。这意味着,对于未来石墨烯薄膜应用的拓展有着莫大的帮助。

汪伟还强调,技术演进的方向是根据产业链下游客户应用需求发展的,这样更有助于产品市场化、产业化且丰富应用场景。众所周知,石墨烯薄膜对标的是柔性电子应用领域,这一领域对技术要求很高,但以当前的技术还不能完全满足电子行业高指标需求。团队在充分沟通了下游客户,发现他们对电热转化率高、电子远红外辐射效率高、功率密度高的耐高温膜需求很大,因此中科院研发了可以耐受160度PEN基材的石墨烯薄膜和耐受260度PI基材的石墨烯薄膜,这使得薄膜在更多的领域能够被很好的应用。

石墨烯薄膜是目前产业发展的重要方向之一,未来在需求导向的牵引下,石墨烯技术还需要不断的迭代更新。首先,在柔性电子应用领域,目前的技术水平与理想状态还有一些差距,技术需要向发展低阻高透薄膜演进。其次,在生产方面更加优化,虽然目前已经达到百万平方米的生产产值,但对于上亿平方米市场需求的目标还有很大差距,需要实现更高效更低成本的规模化制备技术。对于未来,汪伟预测,随着薄膜制备技术的不断创新和突破,石墨烯薄膜在未来2年-3年内下游市场即将开启,未来的3年-5年应用市场问题能够被解决,5年-10年之间即将进入技术变革的阶段,在未来10年-20年将进入颠覆性技术的阶段。

技术研发离不开高精尖人才的储备,汪伟说,目前石墨烯薄膜研发团队有20人,未来还需要在技术人才、销售人才方面进行团队扩充。提到创业,汪伟颇有感触,虽然团队隶属于中科院,但在如何更好的将技术成果转化为产能、更好的市场化,汪伟的团队与其他的创业者都面临着这样那样的困难。但是,在中科院发起的“STS计划”下,能够给予创业者全方位的支持。

据了解,“STS计划”是中科院支持院属研究机构,围绕科技促进经济社会发展,按照“需求牵引、市场导向”的原则,将科技成果转移至新创企业进行“二次开发”,为新创企业提供“售后服务”,从而实现科技成果转化为现实生产力的最终目标。

正如汪伟所说,在团队成立初期,我们有技术,但对于市场了解的并不透彻。在“STS计划”的帮助之下,作为创业者,我们能够借助院里的资源,摸准市场导向,同时得以科研基金扶持,更有针对性的开发、研究,推出符合市场需求的产品来。

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