今年4月26日有報(bào)道稱，廣州奧翼電子科技股份有限公司與重慶墨希科技有限公司經(jīng)過歷時(shí)一年的聯(lián)合研制，成功研發(fā)出全球首款石墨烯電子紙，預(yù)計(jì)半年內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)石墨烯電子紙的量產(chǎn)。

　　據(jù)了解，這款石墨烯電子紙可與柔性或剛性驅(qū)動(dòng)底板相結(jié)合，制作出剛性石墨烯電子紙顯示屏和超柔性石墨烯電子紙顯示屏。不僅如此，全球各政府在石墨烯的研究方面也都進(jìn)行了各種推動(dòng)和投入。

　　石墨烯越來越受到重視和青睞，在新材料中“稱王”，可能只是時(shí)間問題。

　　▲全球各政府的石墨烯推動(dòng)項(xiàng)目

　　石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成，只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實(shí)了它可以單獨(dú)存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　▲安德烈·蓋姆（左）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫

　　作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱之為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”，它極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

　　▲石墨烯的優(yōu)點(diǎn)

　　目前制備石墨烯常見的方法為：機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法和化學(xué)氣相沉積法（CVD）。

　　▲制備石墨烯四種方法的優(yōu)缺點(diǎn)

　　▲石墨烯的全球?qū)＠暾?qǐng)量變化趨勢

　　從石墨烯全球?qū)＠暾?qǐng)量趨勢圖可以看出，從2004年成功從石墨中分離出石墨烯開始，石墨烯的專利申請(qǐng)量出現(xiàn)快速增長，石墨烯的相關(guān)專利技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。

　　▲石墨烯專利在各國的申請(qǐng)情況

　　從石墨烯的專利地區(qū)布局圖可以看出石墨烯的專利技術(shù)的公司和研究機(jī)構(gòu)主要集中在美國、韓國和中國。三國申請(qǐng)量占全球申請(qǐng)總量的近80%，但韓國和美國的專利申請(qǐng)量明顯少于中國。

　　中國是石墨的資源大國，加上石墨烯的研究受到了政府的大力支持，使得中國成為了研究、開發(fā)和應(yīng)用石墨烯最活躍的國家之一。

　　▲中國石墨烯專利申請(qǐng)量TOP20

　　中國石墨烯專利申請(qǐng)量TOP20圖表明，中國的石墨烯專利的申請(qǐng)人以研究機(jī)構(gòu)和高校為主，企業(yè)少之又少。看來中國的石墨烯發(fā)展還處于科研階段，下游應(yīng)用市場還沒有打開，產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成。

　　▲石墨烯的技術(shù)布局分析

　　對(duì)石墨烯的技術(shù)布局分析可以看出，美國對(duì)石墨烯技術(shù)的專利布局相對(duì)全面；韓國主要集中在納米器件方面；中國的石墨烯專利技術(shù)主要集中在石墨烯材料的制備及其在鋰離子電池電極中的應(yīng)用，并且遠(yuǎn)超于其他國家，但是在制備半導(dǎo)體方面的專利卻相對(duì)較少。

　　通過對(duì)檢索出的石墨烯的專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，綜合考慮到引用次數(shù)、申請(qǐng)保護(hù)區(qū)域、是否為PCT申請(qǐng)等信息，我們選取兩件專利技術(shù)來解讀分析。

　　一件涉及石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)制備方法，另一件涉及石墨烯應(yīng)用到鋰離子電池的技術(shù)，都屬于目前石墨烯行業(yè)的重要關(guān)注點(diǎn)和研究點(diǎn)。

　　石墨烯的量產(chǎn)一直是石墨烯制備過程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，其相關(guān)專利US2009110627A1是韓國三星公司于2008年7月8日申請(qǐng)的一件專利，該專利在中國(CN101423209A)、韓國(KR2009043418A)、日本(JP2009107921A)和德國(EP2055673A1)均申請(qǐng)了保護(hù)。其中，在韓國和美國的申請(qǐng)已經(jīng)獲得授權(quán)。該專利技術(shù)主要是關(guān)于化學(xué)氣象沉積(CVD)制備大尺寸石墨烯的方法。

　　該專利技術(shù)方案如下：首先將沉積一層催化劑金屬膜（鎳、銅、鈷、鐵等）的硅基底放置在一個(gè)腔室中，然后通入一氧化碳、乙烯或乙炔等氣體，在熱處理?xiàng)l件下催化劑表面會(huì)生長石墨烯片，自然冷卻后，將該基板在鹽酸中浸漬除去催化劑膜從而將石墨烯片與基片分離開。

　　石墨烯能夠大幅提升鋰離子電池性能，未來將在負(fù)極材料領(lǐng)域有廣闊的市場前景，對(duì)應(yīng)的相關(guān)專利的數(shù)量也相對(duì)較多，其代表專利US2009117467A是ZHAMUARUNA于2007年11月5日申請(qǐng)的一件專利，該專利還通過PCT(WO2009061685A1)途徑在中國(CN101849302A)、韓國(KR2010088667A)、日本(JP2011503804W)申請(qǐng)了保護(hù)，并且在韓國、美國、中國、日本的專利申請(qǐng)均已經(jīng)獲得授權(quán)。

　　該專利技術(shù)主要是將納米石墨烯（GNPS）作為導(dǎo)電添加劑應(yīng)用于鋰離子電池正極材料（鈷酸鋰,鎳酸鋰,錳酸鋰,磷酸鐵鋰和/或磷酸釩鋰等）和負(fù)極材料（硅，鍺，錫，鉛，銻，鉍，鋅，鋁和鎘的合金或金屬間化合物等）中以改善鋰離子二次電池的充放電性能。

　　▲石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈

　　在結(jié)合石墨烯市場信息和產(chǎn)業(yè)鏈信息時(shí)，發(fā)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)，石墨烯的發(fā)展目前還存在幾個(gè)主要問題：

　　1、目前還沒有找到獲得大面積單晶石石墨烯的工業(yè)合成方法。

　　2、下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，目前還處于前期專利布局階段；石墨烯產(chǎn)量、質(zhì)量以及成本問題也還未獲得下游產(chǎn)業(yè)應(yīng)用市場的認(rèn)可。

　　3、由于石墨烯制備成本高居不下，量產(chǎn)成問題。

　　對(duì)于涉獵石墨烯的行業(yè)來說，從石墨烯的制備到應(yīng)用，每個(gè)環(huán)節(jié)都要做好才是大贏家。

　　如何綜合運(yùn)用各種制備方法，解決石墨烯難溶解性和不穩(wěn)定性的問題才是關(guān)鍵，取長補(bǔ)短，完善結(jié)構(gòu)和電性能是今后研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)；在應(yīng)用方面，就目前電池領(lǐng)域內(nèi)而言，石墨烯只能作為導(dǎo)電添加劑或者極性材料改善電池性能，并不能代替鋰電池，最先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)該是柔性屏幕方面。

　　相信有著政策的大力支持和技術(shù)的發(fā)展，石墨在冶金、機(jī)械、核能、武器以及節(jié)能環(huán)保、電子信息、高端裝備等諸多領(lǐng)域，都將發(fā)揮著重要角色，從而引領(lǐng)整個(gè)新材料市場的發(fā)展，成為“新材料之王”。