近年來，石墨烯承載著未來變革產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的希望，歐盟于2013年10月率先啟動了為期10年的“石墨烯旗艦項目”，旨在使歐洲公司“能夠在全球石墨烯技術(shù)競賽中獲得主動權(quán)”。在該項目日前主辦的“2015石墨烯周”大會期間，科技日報記者就有關(guān)問題采訪了項目執(zhí)行委員會主席、劍橋大學(xué)石墨烯中心主任安德烈·法拉利教授。
劍橋大學(xué)石墨烯中心主任安德烈·法拉利教授
石墨烯項目進(jìn)展獲得好評
法拉利教授認(rèn)為，未來10年石墨烯具有提升和變革若干產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的巨大潛力，同時也有望在歐州和全球創(chuàng)造大量新增就業(yè)機(jī)會。因而，從技術(shù)角度審視石墨烯究竟對哪些具體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域更為重要，這非常關(guān)鍵。
法拉利教授介紹說，歐盟委員會對項目進(jìn)展審核后給予積極評價，認(rèn)為“大獲成功”。一年多來，該項目發(fā)表了大量研究成果，同時申請了一些專利;已搞定了計劃的全部協(xié)調(diào)工作。
他謹(jǐn)慎地強(qiáng)調(diào)，目前該項目仍處于初期階段，在執(zhí)行過程中面臨兩個重要挑戰(zhàn)：一是管理和政治方面的挑戰(zhàn)。由于項目涉及歐盟眾多成員國、眾多研究中心、機(jī)構(gòu)和企業(yè)，必須確保參與各方能夠有效地合作;二是確保將項目從基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向工業(yè)應(yīng)用研究。目前，越來越多的工業(yè)界伙伴尤其是歐洲一些大牌公司都加入了該項目，其中包括英國FlexEnable公司、德國英飛凌公司、愛立信和阿爾卡特公司等，這正契合了項目的宗旨——與工業(yè)界建立牢固的伙伴關(guān)系。
石墨烯研發(fā)面臨三大難題
法拉利認(rèn)為，2015年石墨烯研發(fā)的主要障礙有三：第一是目前能制備的材料呈現(xiàn)出一些特性，而人們用來制造設(shè)備的材料則需要另一些特性，這之間存在“隔閡”。石墨烯價值鏈?zhǔn)且哉w方式呈現(xiàn)，但在制備某種材料時，需要相對應(yīng)種類的特殊石墨烯——即存在很多不同種類的石墨烯，但并非都能很好地用于同樣用途。制造電子設(shè)備需要一種石墨烯，而制造電池則需要另一種完全不同的石墨烯;制造電池的石墨烯不可能用來制造晶體管，反過來也一樣。
第二是石墨烯與半導(dǎo)體Fab材料(用于大規(guī)模制造設(shè)備)的集成。“石墨烯旗艦項目”剛設(shè)計了一個“圓片規(guī)模集成”來實(shí)現(xiàn)在石墨烯與典型Fab材料的集成。如果不能將石墨烯置入Fab，就不能將其置入其他設(shè)備中。歐洲很幸運(yùn)地?fù)碛邢裰Z基亞、愛立信和阿爾卡特等大公司，他們最終認(rèn)識到下一步是石墨烯與半導(dǎo)體Fab的集成。如果這方面取得成功，必將能實(shí)現(xiàn)石墨烯的大規(guī)模制備。
第三是最終設(shè)備的整體成本，即與其他技術(shù)相比是否具有競爭力，但目前對此尚難以確定。
未來10年最有希望的應(yīng)用
法拉利教授認(rèn)為，未來10年，石墨烯將先后在復(fù)合材料、透明半導(dǎo)體材料、能源、光子、光電子和傳感器等領(lǐng)域走向應(yīng)用。
從時間表來看，未來2年到3年內(nèi)石墨烯最有希望的應(yīng)用將是復(fù)合材料。如一家名為Head的歐洲公司，正在利用石墨烯生產(chǎn)網(wǎng)球拍;另一家歐洲公司也正準(zhǔn)備推出加入石墨烯的自行車輪胎;還有一家公司正將注意力轉(zhuǎn)向具有機(jī)械特性和熱力特性的復(fù)合材料。這些應(yīng)用都屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。其后，將是透明導(dǎo)電材料如移動手機(jī)和電視屏幕等。
未來5年內(nèi)，石墨烯在能源領(lǐng)域也將大有作為，如石墨烯電池和石墨烯超級電容器等;未來5年到10年內(nèi)，石墨烯將在光學(xué)、光子學(xué)和傳感器等領(lǐng)域，如光感測器、激光感測器、調(diào)制器及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等方面得到應(yīng)用。
需審慎看待石墨烯專利量
據(jù)英國專利咨詢公司Cambridge IP的研究，截至2014年5月全球在石墨烯領(lǐng)域申請的專利數(shù)量為11372項，亞洲占3060項，歐洲和英國分別僅有361項和41項,明顯處于落后境地。對此，法拉利認(rèn)為需要審慎看待石墨烯領(lǐng)域的專利數(shù)量。
他指出，目前中國和韓國在石墨烯領(lǐng)域申請了大量專利，而歐洲專利局在授予專利方面很挑剔，因而歐洲提交的專利申請數(shù)量較少。專利數(shù)量的差距，并不是表明歐洲在該技術(shù)領(lǐng)域處于落后境地的一項指標(biāo)。
就專利絕對數(shù)量而言，不可否認(rèn)歐洲處于落后，但其質(zhì)量并不低于其他國家。中國的很多專利并非國際專利;韓國在某一領(lǐng)域的專利數(shù)量多達(dá)數(shù)十個，而歐洲專利則覆蓋了眾多研究領(lǐng)域。歐洲和英國確實(shí)需要更多專利，也正在為此努力，但需要更審慎地看待專利數(shù)量。
整合石墨烯研發(fā)定有裨益
法拉利曾多次到中國進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，他開玩笑地說每次只有兩次入境的簽證迫使他不停地更新簽證。他指出，中國有很多石墨烯研發(fā)活動：2014年浙江寧波就舉辦了一次大型石墨烯會議;北京半導(dǎo)體物理所等在石墨烯和拓?fù)浣^緣體方面很具實(shí)力;中國石墨烯聯(lián)盟也得到了地方政府的大力支持。
法拉利說，中國是一個大國，在區(qū)域性層次或單獨(dú)研發(fā)機(jī)構(gòu)層次上，有很多石墨烯研發(fā)項目，如上海、北京、浙江等地的區(qū)域性研發(fā)活動都很強(qiáng)勁。目前中國尚沒有一項整體的石墨烯研發(fā)計劃，但正努力地將其整合在一起。他認(rèn)為應(yīng)對這些研發(fā)活動加以協(xié)調(diào)。若能將在中國石墨烯研發(fā)方面的各種努力統(tǒng)一整合在單一計劃之下，肯定是有益的。