未來顯示：石墨烯觸摸屏你應該知道的一些事

　　近日，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長李義春表示，繼中國石墨烯標準化委員會成立后，聯(lián)盟又專設了技術委員會，負責設計與制定中國石墨烯產(chǎn)業(yè)研發(fā)與發(fā)展路線圖。

　　李義春介紹說，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟目前正與國家標準委接洽，屆時聯(lián)盟發(fā)布的行業(yè)標準將上升為國家標準。目前世界上除中國以外，還沒有任何國家存在石墨烯行業(yè)組織，中國石墨烯行業(yè)標準有望取得國際行業(yè)主導權(quán)。

　　目前中國制造業(yè)諸多產(chǎn)業(yè)均以國外標準為指引，而在石墨烯方面卻大不相同。作為一種新型材料，各國研發(fā)起點大致相同。中國率先成立石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，在組織上具備優(yōu)勢。李義春透露，2014年將中國將組織召開國際石墨烯創(chuàng)新大會，多個國家的石墨烯產(chǎn)業(yè)界人士有意向參加，并建議由中國發(fā)起成立國際石墨烯聯(lián)盟。

　　李義春介紹說，目前石墨烯研發(fā)進展極快，產(chǎn)業(yè)化應用大大超出預期。此前預計2020年才能完成的應用，極有可能在2015年就能實現(xiàn)。而標準的制定，將引導行業(yè)的健康發(fā)展軌道。他透露，標準將嚴格規(guī)定石墨烯及石墨烯材料的定義，同時在石墨烯產(chǎn)品、戰(zhàn)略、發(fā)展等多個方面都將有所設定。

　　李義春強調(diào)，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與此前光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大不相同。我國光伏產(chǎn)業(yè)所走的是“進口設備-組建生產(chǎn)線-大規(guī)模生產(chǎn)-產(chǎn)能過剩”的路徑，低水平重復建設問題嚴重;而石墨烯產(chǎn)業(yè)由于全球都沒有現(xiàn)成的技術和經(jīng)驗，各國均從研發(fā)做起，通過研發(fā)突破形成核心競爭能力，而后根據(jù)企業(yè)自身的特色實現(xiàn)與本地的產(chǎn)業(yè)銜接與落地。

　　各地石墨烯產(chǎn)業(yè)化對接呈現(xiàn)提速跡象。以無錫為例，12月18日《無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》發(fā)布，同時“無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)”、“無錫市石墨烯技術及應用研發(fā)中心”、“江蘇省石墨烯檢測技術重點實驗室”也正式揭牌。《無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》明確，無錫將規(guī)劃形成惠山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)為無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)核心?；萆浇?jīng)濟開發(fā)區(qū)規(guī)劃占地面積1100-1300畝，重點建設“一區(qū)二中心”。“一區(qū)”即無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)，分為研發(fā)孵化區(qū)、加速發(fā)展區(qū)、產(chǎn)業(yè)應用區(qū)和綜合配套區(qū)四個功能區(qū)。“二中心”即“無錫市石墨烯技術及應用研發(fā)中心”和已獲批籌建的“江蘇省石墨烯檢測重點實驗室”。

　　惠山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)管委會副主任沈偉良表示，無錫石墨烯研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)格菲薄膜、第六元素、力合光電、愛維特等在最新研發(fā)成果方面進展很快，并且已有國內(nèi)首款雙層玻璃石墨烯觸摸屏手機問世。

　　目前格菲電子研發(fā)的國內(nèi)首條石墨烯傳感器生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，年產(chǎn)石墨烯透明導電薄膜8萬平方米，各類觸屏達1000萬片。格菲電子已自行研發(fā)成功適用于石墨烯薄膜量產(chǎn)的生產(chǎn)設備及工藝，成為國內(nèi)乃至全球首家擁有獨立知識產(chǎn)權(quán)、實現(xiàn)石墨烯規(guī)模化應用于觸摸屏的企業(yè)。第六元素具有年產(chǎn)50噸石墨烯粉體的生產(chǎn)能力。力合光電已形成年產(chǎn)1000萬部的4英寸手機觸摸屏、手機蓋板生產(chǎn)線、SENSOR傳感器生產(chǎn)線。由于無錫和江蘇其他城市上市公司在電纜、電子等諸多領域均有較強實力，無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將主要與上述產(chǎn)業(yè)對接。

　　李義春介紹，還有多個地方的石墨烯應用做到了與本地特色產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略融合。以青島為例，石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展很大程度上依托海洋工程。石墨烯在當?shù)睾Ｋ?、防腐涂料等下游產(chǎn)業(yè)領域應用推進速度迅速。

　　在貴州，貴州新碳高科完成柔性石墨烯散熱薄膜的研發(fā)并成功實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)。柔性石墨烯散熱薄膜散熱效果比銅要提高2-4倍，且具有良好的可加工性能。

　　一、國內(nèi)首款石墨烯觸控手機無錫發(fā)布

　　石墨烯是目前最薄、最堅硬的納米材料，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。今年初，石墨烯產(chǎn)業(yè)被聯(lián)合國認定為人類未來兩大領軍產(chǎn)業(yè)之一。由于石墨烯材料的優(yōu)異特性及環(huán)保、高效、應用面廣的特征，南韓三星，美國IBM等世界級行業(yè)巨頭已紛紛投入巨資加緊對石墨烯的研發(fā)，力圖盡早將石墨烯產(chǎn)業(yè)化并應用于市場。

　　在此大背景下，無錫麗格光電公司等單位經(jīng)過反覆實驗，終于在去年1月宣布全球首款手機用石墨烯電容觸摸屏研制成功，使石墨烯材料商用化邁出一大步。今天推出的國內(nèi)首款雙層多點石墨烯觸控手機系無錫愛維特信息技術公司研制，該通信終端產(chǎn)品采用全新的石墨烯材料作為顯示屏，具有低碳環(huán)保、材質(zhì)纖硬、清晰通透及觸控靈敏的特點。與市面上熱銷的智能機相比，該款機型也具有4.5寸高清彩屏、9.7mm至薄機身、高清雙攝像頭，且支持雙模雙待。

　　據(jù)悉，該終端使用安卓系統(tǒng)，其觸摸感良好，重點是顯示屏呈像清晰、反應速度較快。無錫愛維特相關人員介紹，與現(xiàn)有手機觸摸屏材料氧化銦錫相比，石墨烯具有低成本、高性能、更柔韌、更環(huán)保的特色。

　　業(yè)內(nèi)專家介紹，價格只是石墨烯材料的優(yōu)越性之一，石墨烯應用的范圍十分廣泛，如果順利實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，必然導致整個人類工業(yè)體系的變革。未來石墨烯材料還將在電子書、電腦、家用電器等更多的電子產(chǎn)品領域廣泛應用，太陽能電池、LED顯示、電子紙、生物感測器、電腦集成電路晶元等產(chǎn)品的研發(fā)、制造中，都將會有石墨烯材料的“身影”。

　　二、石墨烯：改變世界的神奇材料?

　　2010年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，兩位最早發(fā)現(xiàn)并揭示石墨烯獨特性質(zhì)的科學家獲得當年諾貝爾物理學獎。石墨烯從此進入大眾視野，成為材料家族中光芒四射的新星。

　　石墨烯不是一種天然存在的材料。人們常見的石墨是由可以機械剝離的石墨片組成。由于石墨片層與層之間作用力較弱，當石墨被剝離至單層，僅有一個碳原子的厚度時，這層石墨片就是石墨烯。它是由碳原子緊密排列而成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維材料，看上去近似一張六邊形網(wǎng)格構(gòu)成的平面。

　　在材料大家族中，石墨烯只是個晚輩。2004年，海姆和諾沃肖洛夫領導的研究小組，將石墨片黏在兩片特殊的膠帶之間，撕開膠帶，石墨片就被減薄，一分為二。如此反復操作，薄片越來越薄，最終在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)了石墨烯。人們發(fā)現(xiàn)，它的厚度只有0.34納米，一片1毫米厚的石墨片由近300萬層石墨烯堆垛而成。

　　石墨烯的發(fā)現(xiàn)及其獨特性質(zhì)刺激了全球研究者的神經(jīng)，更有人將其稱之為“改變21世紀的材料”。

　　性能超強

　　石墨烯具有非凡的導電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強度和極佳的透光特性

　　石墨烯具有完美的二維平面結(jié)構(gòu)，它蘊含的豐富而新奇物理現(xiàn)象的奧秘就來源于此。

　　石墨烯擁有完美的對稱正六邊形結(jié)構(gòu)，非常穩(wěn)定，而且各個碳原子之間的連接很柔韌，即使受到外力沖擊，也可以通過彎曲變形來維持穩(wěn)定。

　　這一獨特結(jié)構(gòu)使石墨烯幾乎集合了世界上眾多材料的最優(yōu)質(zhì)品質(zhì)。據(jù)測試，它是迄今為止自然界中最強的二維材料，強度通常為普通鋼材料的數(shù)十倍。有人曾測算，一塊1平方米的石墨烯吊床足以承受一只4公斤重的貓，而該吊床的重量僅為0.77毫克，比貓的腮須還輕，肉眼根本看不到。

　　最讓科學界矚目的，是它超強的導電性能。中國科學院半導體研究所研究員譚平恒介紹，石墨烯具有獨特的線性電子能帶結(jié)構(gòu)，其傳導電子是無質(zhì)量的狄拉克費米子。電子在石墨烯中運動幾乎沒有阻力，遷移速度極快，是世上已知的電阻率最小的材料。因為這一特點，石墨烯被期待可用來發(fā)展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。

　　石墨烯還有優(yōu)異的室溫導熱性和透光性。它的導熱性能優(yōu)于碳納米管和金剛石，且?guī)缀跬耆该鳎晃?.3%的光。透明、良好的導電特性，使它極適合制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

　　應用廣闊

　　在電子、航天軍工、新能源等領域有廣泛的應用潛力，有望引發(fā)現(xiàn)代電子科技新革命

　　石墨烯“出道”雖短，但其高強度、高導電性、極輕薄等優(yōu)勢，使產(chǎn)業(yè)界迅速嗅到了其在電子、航天軍工、生物、新能源、半導體等領域可能的應用潛力。

　　目前的電子器件工業(yè)中，硅是主流的材料，而石墨烯的特性使其有望在很多方面代替硅。中國科學院物理研究所研究員、中國科學院院士高鴻鈞表示，石墨烯在未來電子器件上具有誘人的應用前景，被看作是石墨烯研究最可能突破、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的領域，成為國際上的研究熱點和競爭焦點。

　　韓國三星公司是石墨烯研究的最大投資者之一。2010年，韓國三星公司和成均館大學的研究人員在一個63厘米寬的柔性透明玻璃纖維聚酯板上，成功制備出電視機大小的純石墨烯，并用該石墨烯制造了柔性觸摸屏。這是石墨烯在柔性電子應用上的首次成功嘗試。

　　高鴻鈞說，三星公司的成果展示了石墨烯在未來柔性電子上廣泛應用的可能性，很大程度上影響了當年諾貝爾物理學獎的歸屬。

　　在能源領域，石墨烯有望在超級電容器和鋰離子電池發(fā)展上一展抱負。超級電容器是一個高效存儲和傳遞能量的體系，而石墨烯擁有大的比表面積、規(guī)范的多孔結(jié)構(gòu)、高電導率和熱穩(wěn)定性，使其成為最有潛力的電極材料。據(jù)悉，美國科學家在今年上半年研發(fā)出一種以石墨烯技術為基礎的“超級電容器”，其充電速率遠高于普通電池，一部iPhone手機充滿電僅需5秒鐘。而用石墨烯制備的鋰離子電池，在增加電極儲能的同時，可以減少鋰離子的擴散距離，提高鋰電池的充放電效率和穩(wěn)定性。

　　石墨烯在食品加工等生物領域也有用武之地。科研人員發(fā)現(xiàn)細菌的細胞在石墨烯上無法生長，而人類細胞卻不會受損，人們可以利用這一特點做繃帶、食品包裝等。

　　三、石墨烯在觸摸屏領域全球研發(fā)概況

　　目前，在這個領域研究的國家有英美韓中日等，已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的公司有四家，分別是韓國三星、日本索尼、輝銳和二維碳素。美英CambriosTechnologies、3M;日本東麗、東芝、索尼、產(chǎn)綜研及信越聚合物;韓國的三星等廠商在石墨烯方面研發(fā)迅速。

　　1、歐美地區(qū)

　　歐洲是石墨烯的誕生地，十分注重在這一領域提前布局。

　　2013年1月，歐盟委員會將石墨烯列為“未來新興技術旗艦項目”之一，該項目的研究范圍十分廣泛，其中石墨烯的制備是核心。歐盟委員計劃十年提供10億歐元資助，將石墨烯研究提升至戰(zhàn)略高度。

　　英國去年底宣布將追加投資2150萬英鎊資助石墨烯研究項目，推進石墨烯的商業(yè)化進程，并建立一個國家級研究機構(gòu)——國家石墨烯研究所(NGI)，這也使該機構(gòu)有望成為世界領先的石墨烯開發(fā)和開采中心。

　　美國輝銳科技是一家石墨烯技術發(fā)展公司，率先進軍大面積石墨烯柔性觸控屏市場，并獲專業(yè)的科技行業(yè)投資基金IDG資本入股成為其股東之一。輝銳科技計劃于未來3年投資共1.5億美元發(fā)展石墨烯移動設備市場，能制造大面積的柔性觸控屏，應用于手機﹑平板計算機及便攜式電子顯示屏等市場。

　　除輝銳科技外，美國的3M、CVD等企業(yè)在石墨烯電子產(chǎn)品方面發(fā)展迅速。

　　2、韓國

　　近年來，韓國政府積極支持本國科研機構(gòu)和公司開展石墨烯技術研發(fā)及商業(yè)化應用研究。在政府的高度重視與支持下，韓國在石墨烯技術走向市場方面取得了諸多突出的成果。2010年，韓國三星公司和成均館大學的研究人員在一個63厘米寬的柔性透明玻璃纖維聚酯板上，成功制備出電視機大小的純石墨烯，并用該石墨烯制造了柔性觸摸屏。2011年，韓國研究人員，開發(fā)出基于石墨烯的柔性有機電致發(fā)光器件。

　　此外，韓國的石墨烯專利量居全球第三，達到1160項，遠高于歐洲其他國家，僅次于美國和中國。

　　3、日本

　　在與歐美和韓國相比起步稍晚的石墨烯量產(chǎn)技術領域，日本的企業(yè)和研究機構(gòu)在去年幾乎同時發(fā)布了領先世界的成果。

　　索尼制作出了長約120m*寬230mm的石墨烯薄膜，這是目前全球最長的石墨烯薄膜。這種石墨烯應用到透明導電膜是目標用途之一。索尼通過對化學氣相沉積(CVD)法加以自主改良取得了此次的成果，CVD法作為合成大面積石墨烯的方法而廣為人知。

　　日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所發(fā)布了以卷對卷方式合成薄膜寬度為594mm的石墨烯的制造裝置。產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所采用以微波等離子為基礎，利用300～400℃的低溫CVD法合成石墨烯的方式。此外，東芝實現(xiàn)石墨烯與銀納米線復合透明電極的大面積化;松下已經(jīng)成功將石墨散熱膜的厚度減少到只有10微米(人類紅細胞直徑僅為5微米)，1微米相當于1米的一百萬分之一，薄度相當驚人。

　　四、我國觸摸屏行業(yè)石墨烯材料的應用與研發(fā)

　　中國具有發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)得天獨厚的條件。據(jù)悉我國石墨礦儲量占世界總儲量的75%，生產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的72%，是我國少有的幾種具有國際競爭優(yōu)勢的礦產(chǎn)之一。截至2012年我國在石墨烯研究領域的文獻貢獻量已達5072篇，占全球的石墨烯文獻量的29.2%，超過美國的27.3%位居世界首位。

　　據(jù)悉，自2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，如何解決大面積、高質(zhì)量石墨烯制備和快速高效轉(zhuǎn)移兩大關鍵問題，讓石墨烯應用于透明電極中，一直困擾著很多研究者。

　　如果電阻觸摸屏要采用這種材料，需要先在金屬表面上催化生長石墨烯，再把它轉(zhuǎn)移到適合的基底上，才能進行應用。

　　石墨烯的制成需要有尖端的制備工藝，目前業(yè)內(nèi)主要有四種制備方法，分別是機械剝離法、外延生長法、氧化石墨還原法、和氣相沉積法(CVD)。前三種的原材料均為石墨，CVD法原材料則為甲烷居多。由于制造成本相對較低，目前業(yè)內(nèi)多采用機械剝離法和氧化石墨還原法制造石墨烯。

　　目前，在石墨烯薄膜和石墨烯微片這兩個方向上，我國都在進行積極探索。

　　在石墨烯觸摸屏的研發(fā)方面，常州二維碳素科技公司的研發(fā)團隊已突破了石墨烯薄膜應用于中小尺寸手機的觸摸工藝，實現(xiàn)了石墨烯薄膜材料和現(xiàn)有ITO模組工藝線的對接，正積極聯(lián)合上下游企業(yè)、行業(yè)協(xié)會、各地標準院起草相關行業(yè)標準。

　　業(yè)內(nèi)專家表示，石墨烯薄膜工藝線只需要對現(xiàn)有ITO模組工藝線進行簡改造就可以完成對接，石墨烯薄膜材料在觸控顯示領域的產(chǎn)業(yè)化應用將加速。

　　二維碳素科技總裁金虎表示石墨烯用于觸摸屏比ITO玻璃有很多優(yōu)勢，例如ITO要用到銦，這是一種稀土材料，全球存量很少，而且有毒不易回收，而石墨烯材料很簡單，也容易回收，更突出的是它的柔性很好，易于彎曲。二維碳素科技的于慶凱博士在2008年4月首先發(fā)表了用化學氣相沉積(CVD)的方法在鎳和銅基底上合成石墨烯的生長方法，并成功生長出了世界上第一塊大尺寸的高質(zhì)量石墨烯薄膜，從而使得大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯薄膜成為可能。2010年，于博士提出并實現(xiàn)了用生長單晶石墨烯陣列來解決大尺寸石墨烯單晶難以合成的難題，這一成就將推進石墨烯高速電子器件的研究和應用。

　　目前，國內(nèi)的學術界和產(chǎn)業(yè)界正在緊鑼密鼓推進石墨烯的產(chǎn)業(yè)化，隨著石墨烯產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的成立，這一速度有望提升。

　　金路集團與中科院金屬研究所聯(lián)合開發(fā)電池級石墨烯技術已于2012年11月11日對共同完成的“石墨烯材料的規(guī)模化制備技術”通過了成果鑒定。公司截止2012年12月31日，共計投入資金600余萬元，獲得財政補助1300余萬元。另外，公司在研石墨烯透明導電薄膜、石墨烯基三位網(wǎng)絡散熱材料、石墨烯基動力電池項目。在石墨烯透明導電膜方面，金屬研究所能制備出4英寸的石墨烯透明導電薄膜。

　　中國寶安旗下的深圳貝特瑞的特色則是產(chǎn)業(yè)鏈完備和客戶雄厚。貝特瑞是目前全球唯一一家擁有完整的石墨烯價值產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，公司在2011年11月完成石墨烯中試線建設并投入生產(chǎn)。據(jù)了解，貝特瑞向國家提交了與石墨烯相關的4項專利申請，其中“制備球狀石墨烯的方法”已在今年4月28日收到發(fā)明專利證書。根據(jù)公開資料顯示，貝特瑞目前在鋰電池負極材料方面占據(jù)了全球市場三成左右的份額，三星、LG、松下、比亞迪等都是貝特瑞的客戶。

　　常州二維碳素科技有限公司今年五月宣布其第一條年產(chǎn)3萬平方米石墨烯透明導電薄膜生產(chǎn)線實現(xiàn)量產(chǎn)。這條石墨烯透明導電薄膜生產(chǎn)線的投產(chǎn)和供應用的石墨烯電容觸摸屏中試線的成功搭建，標志著石墨烯材料在制備和應用的產(chǎn)業(yè)化上邁出了關鍵性一大步。

　　樂通股份今年初與寧波墨西簽署了《石墨烯油墨項目合作協(xié)議》，商定組建合資公司從事石墨烯油墨的研發(fā)和生產(chǎn)，計劃總投資1億元人民幣，合資公司的注冊資金為3000萬元人民幣，公司以現(xiàn)金出資人民幣2400萬元(占80%股權(quán));乙方以石墨烯油墨的相關技術作價出資600萬元(占20%股權(quán))。寧波墨西承諾將以最優(yōu)惠的價格向合資公司穩(wěn)定提供石墨烯原料，雙方將利用自身的營銷網(wǎng)絡幫助合資公司推廣石墨烯油墨產(chǎn)品。

　　華麗家族去年7月披露控股股東南江集團及皙哲投資、中科院寧波材料所、劉兆平研發(fā)團隊于2012年4月組建寧波墨西科技有限公司，該公司投建的世界上第一條量產(chǎn)石墨烯生產(chǎn)線預計將于2013年建成投產(chǎn)。石墨烯屬于高科技新材料，石墨烯產(chǎn)品的成熟并走向產(chǎn)業(yè)化還需后續(xù)大量的研發(fā)和投入。而南江集團暫無將石墨烯項目轉(zhuǎn)讓或指定給上市公司的計劃。

　　方大炭素將建成全球最大的特種石墨生產(chǎn)基地，針狀焦及超高功率石墨電極的綜合產(chǎn)能也將位居全球炭素企業(yè)首位。2013年5月，公司收到了國家知識產(chǎn)權(quán)局對“以石灰石為原料制備石墨烯的方法”授予的發(fā)明專利權(quán)通知書。