中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2004年英國曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家安德烈海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，在實(shí)驗(yàn)室成功地從石墨中剝離出了石墨烯，證明了石墨烯可以單獨(dú)存在，因此榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，從而掀起了石墨烯制備、改性和應(yīng)用的全球研究熱潮。石墨烯在超級(jí)電容器、透明電極、鋰離子電池、傳感器、功能涂料和聚合物納米復(fù)合材料等方面的廣泛應(yīng)用前景，極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性產(chǎn)業(yè)革命。
作為石墨資源大國和全球制造業(yè)大國，我國在石墨烯應(yīng)用方面具有巨大的市場空間。為推動(dòng)全球石墨烯產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，由中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、歐洲Phantoms Foundation和寧波市人民政府聯(lián)合主辦的“2014中國國際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)”將于2014年9月1-3日在寧波喜來登國際大酒店召開。這是全球首次以推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)化為目的召開的國際性會(huì)議，與以往學(xué)術(shù)會(huì)議不同的是，分會(huì)設(shè)置立足于石墨烯的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，力求讓科學(xué)家和企業(yè)家就該領(lǐng)域的商業(yè)化前景實(shí)現(xiàn)深入交流和對(duì)話。而其中會(huì)場C：石墨烯基材料應(yīng)用探索截至到目前參會(huì)者人數(shù)為154人。
石墨烯是一種由碳原子緊密堆積而成的二維晶體，具有神奇的電子傳輸、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和機(jī)械等特征！為此特設(shè)分會(huì)場就其在高頻電子、光電領(lǐng)域、傳感器、柔性電子等幾大領(lǐng)域中的前景、應(yīng)用、技術(shù)瓶頸等做深入討論。
一、C1石墨烯在高頻電子領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯擁有比硅更高的載流子遷移率，是一種性能非常優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，電子在石墨烯中的運(yùn)行速度能夠達(dá)到光速的 1/300，比在其他介質(zhì)中的運(yùn)行速度高很多，且只產(chǎn)生很少熱量。石墨烯的這種特性尤其適合于高頻電路，使用石墨烯作為基質(zhì)生產(chǎn)出的處理器能夠達(dá)到 1THz（即1000GHz）。美國IBM與韓國三星尖端技術(shù)研究所（SAIT）分別在2010年12月舉行的半導(dǎo)體制造技術(shù)相關(guān)國際會(huì)議上發(fā)布了通道層使用石墨烯的高速動(dòng)作性RF電路用FET（電場效應(yīng)晶體管）。IBM于2014年初利用主流硅CMOS工藝制作了世界上首個(gè)多級(jí)石墨烯射頻接收器。美國佐治亞理工學(xué)院的研究結(jié)果表明用石墨烯制作的天線非常適于利用頻率在0.1THz到10THz之間的電磁波，即“太赫茲波”的無線通信，有望用于制作一般金屬天線無法實(shí)現(xiàn)的約1m長太赫茲無線模塊。
為了深入探討石墨烯在高頻電子領(lǐng)域應(yīng)用的市場前景和技術(shù)瓶頸，大會(huì)專設(shè)了“C1石墨烯在高頻電子領(lǐng)域的應(yīng)用”分會(huì)，并邀請(qǐng)國內(nèi)外從事石墨烯高頻電子研發(fā)的著名專家與與會(huì)代表進(jìn)行交流互動(dòng)，中科院微電子研究所金智研究員將擔(dān)任分會(huì)中方主席外方主席由Dr. Albert Cabello（Universitat Politècnica de Catalunya, Spain ）擔(dān)任，中國電科13所專用集成電路國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馮志紅做相關(guān)報(bào)告。
二、C2石墨烯在光電領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯具有理想的內(nèi)部量子效率，幾乎每個(gè)被石墨烯吸收的光子都會(huì)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，而原則上這些電子空穴對(duì)都能轉(zhuǎn)換成電流。石墨烯能吸收所有顏色的光線，且反應(yīng)時(shí)間極短，意味著石墨烯器件可望在速度上超越現(xiàn)行的光通訊器件。IBM在2012年展示了可在THz級(jí)頻率有效運(yùn)作石墨烯光電器件。美國麻省理工學(xué)院的研究人員透過在兩層鐵電材料間夾進(jìn)高遷移率的石墨烯薄膜，實(shí)現(xiàn)了可直接在光信號(hào)上操作的太赫茲級(jí)頻率芯片。中國泰州巨納新能源有限公司于2013年12月推出了其研制的全球手臺(tái)商用石墨烯飛秒光纖激光器。
為了深入探討石墨烯在光電應(yīng)用領(lǐng)域的市場前景和技術(shù)瓶頸，大會(huì)專設(shè)了“C2石墨烯在光電領(lǐng)域的應(yīng)用”分會(huì)，并邀請(qǐng)國內(nèi)外從事石墨烯光電應(yīng)用研發(fā)的著名專家與與會(huì)代表進(jìn)行交流互動(dòng)，武漢大學(xué)的廖蕾教授將主持本分會(huì)。廖蕾教授從事石墨烯高速半導(dǎo)體器件的研發(fā)，已經(jīng)在包括Nature, PNAS, Nano Lett., Adv. Mater.等國際知名期刊上發(fā)表了近70多篇論文，被引用次數(shù)超過2000次。
分會(huì)外方主席由Frank Koppens, ICFO擔(dān)任，Jie Sun, Chalmers University of Technology-Sweden做相關(guān)報(bào)告
三、C3石墨烯在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯的原子都在表層上，信號(hào)的靈敏度可以提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。碳原子鍵長很短，使其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。因此，石墨烯作為光學(xué)、化學(xué)、生物傳感器的優(yōu)良材料，已用于構(gòu)建光學(xué)、電化學(xué)及場效應(yīng)傳感器、細(xì)胞標(biāo)記及實(shí)時(shí)監(jiān)測等。新加坡南洋理工大學(xué)成功研制了石墨烯光學(xué)傳感器，捕捉光線的能力比傳統(tǒng)傳感器強(qiáng)1000 倍，耗能低10 倍，可以在光線較少的情況下捕獲更清晰的照片。美國科學(xué)家最近利用石墨烯開發(fā)出只有指甲蓋大小的紅外線圖像傳感器，能夠集成到隱形眼鏡或手機(jī)當(dāng)中，未來有望在軍事、安保、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
為了深入探討石墨烯在傳感器領(lǐng)域應(yīng)用的市場前景和技術(shù)瓶頸，大會(huì)專設(shè)了“C3石墨烯在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用”分會(huì)，并邀請(qǐng)國內(nèi)外從事石墨烯傳感器研發(fā)的著名專家與與會(huì)代表進(jìn)行交流互動(dòng)，Linyou Cao, North Carolina State University (USA)和中國科技大學(xué)的朱彥武教授將擔(dān)任分會(huì)主席。朱彥武教授較早即開始了應(yīng)用石墨烯作為透明電極和超級(jí)電容器電極材料的基礎(chǔ)研究，Linyou Cao教授的研究則關(guān)注于二維材料的光物理和光化學(xué)。
四、C4石墨烯在柔性電子領(lǐng)域的應(yīng)用
電子設(shè)備的柔性化、可折疊、可穿戴已經(jīng)越來越成為未來電子技術(shù)的發(fā)展趨勢。石墨烯由于其優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱，以及極高的強(qiáng)度和韌性，加上其透明透光的特征，使其成為制作柔性電子器件的理想材料。三星、蘋果等都在石墨烯柔性顯示領(lǐng)域發(fā)力，另外來自美國的藍(lán)石公司、國內(nèi)的二維碳素、重慶墨烯等都均已制備出大尺寸石墨烯柔性顯示屏，有望制備出最終的可折疊筆記本電腦或者手機(jī)等電子產(chǎn)品。國際上多個(gè)團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)的一種采用石墨烯和碳納米管復(fù)合纖維材料的超級(jí)電容器，十分柔韌，可以編織進(jìn)衣物、雙肩包、鞋子等，使其成為可穿戴電力系統(tǒng)，真正替代便攜設(shè)備的電池，而且這款設(shè)備的充放電次數(shù)可以超過1萬次。
為了深入探討石墨烯在柔性電子領(lǐng)域應(yīng)用的市場前景和技術(shù)瓶頸，大會(huì)專設(shè)了“C4石墨烯在柔性電子領(lǐng)域的應(yīng)用”分會(huì)，并邀請(qǐng)國內(nèi)外從事石墨烯柔性電子領(lǐng)域應(yīng)用研發(fā)的著名專家與與會(huì)代表進(jìn)行交流互動(dòng)，Teng Li, University of Maryland (USA)和浙江大學(xué)的林時(shí)勝博士將共同主持本分會(huì)。林時(shí)勝博士曾在Andre Geim課題組從事博士后研究，08年至今在Nano Letters、Nanotechnology等期刊上發(fā)表過30篇SCI論文，被引用400余次。Li Teng副教授在柔性微米納米結(jié)構(gòu)的電子、力學(xué)性能有深入的研究。
五、C5石墨烯在生物相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯在生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，比如可以用于藥物載體、基因測序、生物傳感器等等。由于石墨烯具有單原子層結(jié)構(gòu)，其比表面積很大，非常適合用作藥物載體。研究表明，功能化的石墨烯材料可望用于可控釋放及靶向控制的藥物載體，在生物醫(yī)藥和生物診斷等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。比如以可溶性石墨烯作為藥物載體，實(shí)現(xiàn)了抗腫瘤藥物阿酶素(DXR)在石墨烯上的高效負(fù)載。由于石墨烯具有很高的比表面積，DXR的負(fù)載量可達(dá)2.35 mg/mg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它傳統(tǒng)的藥物載體。此外，石墨烯還可以用于基因測序。美國賓夕法尼亞大學(xué)的研究小組利用電子束技術(shù)，在石墨烯膜上燒灼出納米大小的小孔，在電場的作用下，微小的DNA鏈就可以穿過這些孔洞。通過電子測量手段檢測DNA的易位，再根據(jù)DNA的4個(gè)堿基各自獨(dú)特的“電子簽名”，就可以快速完成DNA測序。
為了深入探討石墨烯在生物領(lǐng)域應(yīng)用的市場前景和技術(shù)瓶頸，大會(huì)專設(shè)了“C5石墨烯在生物相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用”分會(huì)，并邀請(qǐng)了國內(nèi)外從事石墨烯生物領(lǐng)域應(yīng)用研發(fā)的著名專家與與會(huì)代表進(jìn)行交流互動(dòng)，Arben Merkoci, ICN2 (Spain)和青島大學(xué)的劉敬權(quán)教授將共同主持本分會(huì)。
六、C6石墨烯在海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯可以應(yīng)用于海水淡化領(lǐng)域。通過精確控制多孔石墨烯的孔徑并向其中添加其他材料的方法，這種特制的石墨烯就如同篩子一樣能快速地濾掉海水中的鹽，而只留下水分子。該工藝的關(guān)鍵是非常精確地控制石墨烯孔洞的大小，最理想的大小是1納米。同目前海水淡化最常用的是反滲透技術(shù)相比，在相同的壓力下，新技術(shù)在過濾速度上可比反滲透薄膜技術(shù)快數(shù)百倍，而如果控制在同樣過濾速度下，則采用石墨烯的能耗要低得多。中科大和曼徹斯特大學(xué)合作研究的結(jié)果表明，水環(huán)境中的氧化石墨烯薄膜與水相互作用后，會(huì)形成約0.9納米寬的毛細(xì)通道，允許直徑小于0.9納米的離子或分子快速通過，而直徑大于0.9納米的離子被完全阻隔。該篩選效應(yīng)比傳統(tǒng)的濃度擴(kuò)散快上千倍?；谠撛?，有望制造一個(gè)在幾分鐘內(nèi)即可將一杯海水淡化成飲用水的過濾裝置。
為了深入探討石墨烯在海水淡化領(lǐng)域應(yīng)用的市場前景和技術(shù)瓶頸，大會(huì)專設(shè)了“C6石墨烯在海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用”分會(huì)，并邀請(qǐng)了國內(nèi)外從事石墨烯海水淡化領(lǐng)域應(yīng)用研發(fā)的著名專家與與會(huì)代表進(jìn)行交流互動(dòng)，Zhenhai Xia, (University of North Texas (USA)和常州大學(xué)的賈寶平教授將共同主持本分會(huì)。Dr. Bingqing Wei Professor，Department of Mechanical Engineering，University of Delaware，Newark, DE 19716, USA做相關(guān)報(bào)告。
七、C7石墨烯在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯擁有極高的載流子遷移率，極高的強(qiáng)度，以及它幾乎是透明的（2.3％的光可被吸收；97.7％的光可被傳輸），而且不同于典型的光伏材料僅對(duì)特定頻率或顏色的光發(fā)生反應(yīng)，石墨烯對(duì)光發(fā)生反應(yīng)的范圍非常寬，這些都使它成為光伏太陽能電池理想的候選材料。獲得轉(zhuǎn)換效率非常高的新一代太陽能電池也是石墨烯最被寄予厚望的應(yīng)用實(shí)例之一。對(duì)于石墨烯透明導(dǎo)電薄膜代替ITO薄膜，太陽能電池廠商的期待或許要比觸摸屏廠商更高，因?yàn)槭缀跏俏ㄒ灰环N在紅外線波段仍能同時(shí)具有高透光率和高導(dǎo)電率的材料。日本富士電機(jī)控股株式會(huì)社于2014年3月份推出一款石墨烯太陽能電池用透明導(dǎo)電膜Eito，最大特性是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)包括中遠(yuǎn)紅外線在內(nèi)的所有紅外線的高透明性。在加入一定添加劑之后的使用Eito導(dǎo)電膜的太陽能電池能量轉(zhuǎn)化率突破8.6%。
為了深入探討石墨烯在太陽能電池領(lǐng)域應(yīng)用的市場前景和技術(shù)瓶頸，大會(huì)專設(shè)了“C7石墨烯在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用”分會(huì)，并邀請(qǐng)了國內(nèi)外從事石墨烯太陽能電池領(lǐng)域應(yīng)用研發(fā)的著名專家與與會(huì)代表進(jìn)行交流互動(dòng)，來自意大利理工學(xué)院（IIT）的Francesco Bonaccorso教授和清華大學(xué)的朱宏偉教授將共同主持本分會(huì)。Francesco Bonaccorso教授是國際石墨烯知名學(xué)者，意大利科學(xué)院院士；朱宏偉教授也是國際碳材料知名專家，并獲國家發(fā)明專利11項(xiàng)，美國專利1項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)著作2部，在Science、Nano Lett、Adv. Mater等期刊上發(fā)表論文100余篇，作為第2完成人獲得國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。
八、C8石墨烯在燃料電池領(lǐng)域的應(yīng)用
由于石墨烯和氧化石墨烯以其獨(dú)特的超薄片層結(jié)構(gòu)、具有超大比表面積以及優(yōu)良的熱導(dǎo)電導(dǎo)特性而被應(yīng)用于燃料電池中，而被認(rèn)為在制備高性能燃料電池催化劑方面具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。石墨烯作為催化劑的載體，將催化劑粒子擔(dān)載在石墨烯的表面上可明顯降低催化反應(yīng)的過電勢，利于催化反應(yīng)的進(jìn)行，并能有效提高催化劑活性、穩(wěn)定性以及貴金屬的利用率。目前研究人員對(duì)石墨烯負(fù)載鉑等一元貴金屬、二元合金催化劑進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并且取得了良好的成果。
為了深入探討石墨烯在燃料電池領(lǐng)域應(yīng)用的市場前景和技術(shù)瓶頸，大會(huì)專設(shè)了“C8石墨烯在燃料電池領(lǐng)域的應(yīng)用”分會(huì)，并邀請(qǐng)了國內(nèi)外從事石墨烯燃料電池領(lǐng)域應(yīng)用研發(fā)的著名專家與與會(huì)代表進(jìn)行交流互動(dòng)，來自國家納米中心的智林杰研究員將主持本分會(huì)。智林杰研究員入選了中國科學(xué)院百人計(jì)劃，并已在國際著名的學(xué)術(shù)刊物如Nano Lett., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Small等上發(fā)表論文數(shù)十篇。
分會(huì)外方主席由Pedro Gomez, CIN2 (Spain) 擔(dān)任
九、C9石墨烯在催化劑領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯材料因?yàn)槠鋬?yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用催化劑領(lǐng)域，研究最多的就是石墨烯作為燃料電池中金屬催化劑的載體材料，同時(shí)對(duì)石墨烯和氧化石墨烯材料進(jìn)行一定的處理和改性，也具有良好的催化活性。石墨烯催化劑性質(zhì)穩(wěn)定,易與反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生分離,可以在較低的反應(yīng)溫度下活化有機(jī)小分子的C－H 鍵,并且轉(zhuǎn)化率和選擇性都比較高。在某些反應(yīng)體系中石墨烯可以替代貴金屬催化劑,且還可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的綠色化。如通過氮摻雜石墨烯可以催化還原硝基苯酚，該催化劑活性與常用的貴金屬相當(dāng)，價(jià)格便宜，可重復(fù)使用。另外作為催化劑,氧化石墨烯可以催化多種類型的反應(yīng),其含氧基團(tuán)一般作為氧化石墨烯的活性中心。而且通過進(jìn)行氮摻雜并優(yōu)化摻雜程度和結(jié)構(gòu)，可以大幅提高催化劑的電化學(xué)性能。
為了深入探討石墨烯在催化劑領(lǐng)域應(yīng)用的市場前景和技術(shù)瓶頸，大會(huì)專設(shè)了“C9石墨烯在催化劑領(lǐng)域的應(yīng)用”分會(huì)，并邀請(qǐng)了國內(nèi)外從事石墨烯催化劑領(lǐng)域應(yīng)用研發(fā)的著名專家與與會(huì)代表進(jìn)行交流互動(dòng)，來自上海交通大學(xué)的郭守武教授將主持本分會(huì)。郭守武教授在石墨烯的制備和應(yīng)用探索方面取得了一系列突破，已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.,ACS nano等國際著名刊物上發(fā)表研究論文三十多篇，申請(qǐng)專利8項(xiàng)，分會(huì)外方主席由Maurizio Prato, (Italy)擔(dān)任。
