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一、關于石墨烯材料
1. 定義與內涵
石墨烯是緊密堆積成二維六方蜂窩狀晶格結構單層碳原子。單層石墨烯厚度僅為0.35納米,是目前已知最輕最薄的材料,它在室溫下的電子遷移率為2×105 cm2·V-1·s-1,是光速的1/300,理論比表面積達2630 m2·g-1,全波段光吸收只有2.3%,導熱率高達5000W·m-1·K-1,楊氏模量超過1100GPa,抗拉強度超過130GPa,且韌性非常好。
2. 主要作用與意義
石墨烯具有結構穩定、導電性高、韌度高、強度高、比表面積超大等突出的物理化學性質,在半導體、光伏、能源、航空航天、國防軍工、新一代顯示器等領域都將帶來革命性的技術變革,一旦量產必將會成為下一個萬億級的產業,將會成為國民經濟增長的重要組成部分。發展石墨烯產業對帶動制造業相關下游產業技術進步,提升創新能力,加快轉型升級,搶占新一輪競爭制高點,都有著重要的經濟和社會意義。
由于石墨烯的重要特性和巨大應用價值,美國、歐盟、日本和中國等80多個國家皆將石墨烯材料的發展提高到戰略高度,相繼投入數十億美元用于石墨烯材料的研究和開發。歐盟委員會將石墨烯列為僅有的兩個“未來新興技術旗艦項目”之一。美國將石墨烯視為支撐未來科技發展的戰略性產業。各國企業也積極進行石墨烯產業的布局,據統計,全球有近300家公司涉足石墨烯相關的研究和開發。
1. 石墨烯規?;苽浼夹g
2. 石墨烯應用在功能化器件
3. 石墨烯應用在功能涂層
4. 石墨烯應用在結構功能一體化復合材料
5. 石墨烯應用在導電油墨
6. 石墨烯應用在半導體信息產業
7. 石墨烯應用在能量儲存與轉換
我國政府高度重視石墨烯發展,工業和信息化部、發展改革委和科技部聯合發布的《關鍵材料升級換代工程實施方案》中明確提出支持石墨烯實現批量穩定生產和規模應用。工信部專門印發了《加快石墨烯產業創新發展的若干意見》。習近平主席在參觀英國國家石墨烯研究院時提出:“中英兩國在石墨烯研究領域完全可以實現強強聯合”。
我國石墨烯研發起步相對較晚,但2010年后發展迅速,整體接近國外先進水平,部分領域實現了領先。在基礎科研方面,全球石墨烯研究論文超過12萬篇,中國占有40%,排名第一;全球專利申請總量為49229件,中國專利申請量為23953件,占比48.65%,排名第一。
在石墨烯產業化方面,各級政府也在積極加快產業化步伐,石墨烯薄膜和粉體已實現量產,下游應用正穩步推進。
1. 發展重點
“十三五”前期發展重點集中于石墨烯原材料的批次穩定和可控制備,在能源、復合材料、環境等領域的產業化延伸,逐步形成產業集群;“十三五”后期發展重點集中于石墨烯產業鏈的延伸及對不同領域的引領作用,全面拓展石墨烯在能源、復合材料、環境領域的產業集群。逐漸拓展石墨烯在電子薄膜、電子器件等領域的產業化進程,并在基礎材料領域的研發取得世界領先地位。
同時,石墨烯粉體具有成本低、導熱和導電性能優異的特點,有望短期內在能源、環境和復合材料等領域實現規模化應用,應該加強在這些領域的應用技術研究。
石墨烯薄膜具有高質量、少缺陷和卓越的導電性能,在半導體、新一代顯示器等領域呈現了巨大的應用前景,應重點攻克。
2. 對策與建議
為了更有效地促進我國石墨烯技術及產業發展,建議進一步采取以下對策:
首先,加強統籌。在國家層面上將石墨烯產業歸口在一個部門管理,組織專家進行調研,根據不同地區優勢,鼓勵石墨烯企業并購重組,提高石墨烯產業集中度;政府部門應完善公共研發、技術轉化與交流等平臺,聯合企業、院所建立產品開發、技術合作和權益共享的石墨烯產業化研究平臺,避免低水平重復建設和市場的無序競爭。
其次,在石墨烯技術與應用方面,由于石墨烯應用在電子領域還處在實驗階段,最快可實現產業化應用的領域包括能源、環境和復合材料等領域。因此,建議“十三五”期間,由中央政府主導,結合地方政府,聯合科研院所和企業,集中力量,通過發揮產學研各方創新資源和技術優勢,實現石墨烯在這些領域的重大突破。
同時,應進一步推出產學研合作。目前,我國石墨烯產業正處于商業化應用的關鍵時期,政府部門應引導企業攜手高校、院所,通過“產學研”相結合,充分發揮高校、科研院所與企業在基礎研究和工程化生產方面的各自優勢,協同攻克石墨烯產業化中的關鍵技術。