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未来10至20年内,会爆发一场技术革命,
这个时代将来最大的颠覆,是石墨烯时代颠覆硅时代
早在2014年,华为创始人兼总裁任正非在少有的接受媒体采访的时候,说了这么一句话,他说,“未来10至20年内,会爆发一场技术革命,我认为这个时代将来最大的颠覆,是石墨烯时代颠覆硅时代.”
石墨烯是什么?
那么两年过去了,虽然它是现在最火的材料之一,社会关注度高、政策扶持力度大,还傲然跻身新材料“十三五”规划,但是石墨烯对于普通人来说,还是一个较为生僻的词汇,那么石墨烯到底是什么?它能带来颠覆吗?
石墨烯——一种只有一个原子厚的二维碳膜.它是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层院子厚度的二维晶体.虽然名字里带有石墨二字,但它既不依赖石墨储量也完全不是石墨的特性：石墨烯是只有一个碳原子厚度的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,具有非常好的导热性、电导性、透光性,而且具有高强度、超轻薄、超大比表面积等特性,因而被誉为“超级材料”.如果再把它的潜在用途开个清单——保护涂层,透明可弯折电子元件,超大容量电容器,难怪任正非会如我们文章开头那样评论石墨烯.
2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功从石墨中分理处石墨烯,证实了它可以单独存在,因此,两人也共同获得了2010年诺贝尔物理学奖.
石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构.一层一层叠起来,就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯！
同时,石墨烯具有很好的弹性,拉伸幅度能够达到自身尺寸的20%,是目前自然界最薄、强度最高的材料,如果用一块棉结1平方米的石墨烯做成吊床,本身重量不足1毫克的石墨烯可以承受一只一千克的猫的重量.
另外,石墨烯几乎是完全透明的,非常致密,即使是最小的气体原子（氢原子）也无法穿透.这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明触摸显示屏、发光板、太阳能电池板.
石墨烯技术的应用局限性
这么好的材料,从发现到现在十多年过去了,为何应用还是不够广泛呢?业界人士称,石墨烯虽然走出了实验室,打通了技术关卡,但因其成本偏高,市场应用不够广泛.总结几点原因,主要为以下：
第一,石墨烯的成本极高.
石墨烯的最高价格达到了5000元/克,在业内有“黑金”之称.因此,一般的企业在资金方面无法进行研发,这也是为何石墨烯技术的玩家基本上都是三星、IBM、英特尔等巨头的重要原因.
第二,石墨烯技术存在局限性.
石墨烯的生长是有严格的控制条件的,必须在绝缘衬底上定位,才能生长出所需管径大小的半导体石墨烯.但是对石墨烯的生长进行严格控制的条件目前尚无法实现.
第三,无法实现大规模应用.
由于成本极高和技术上的局限性,石墨烯的生产仍处于实验研究阶段,并未在商业用途方面实现大规模量产.与之相比,硅基材料在成本和稳定性方面仍存在优势.
其实,将二者结合也是一个不错的选择.此前,哥伦比亚大学曾研发出一款石墨烯-硅光电混合芯片.应用物理学教授Philip Kim认为,这两种材料的结合具备了超快的非线性光学调制性能,这将为芯片、集成电路、高速光通信等领域打开新的大门.
随着移动端的发展,PC端逐渐没落.如果能够开发出速度更快的芯片,将使更快的计算能力变为现实.这不仅能够推动芯片行业的进步,还能够推动人工智能和认知计算的发展.尽管目前石墨烯技术仍存在短板,但是在未来,这项技术或许会为芯片及相关行业带来一场革命性的改变.
石墨烯在我国的政策支持
当前,我国信息通信技术产业国产化替代趋势加强,石墨烯的优异性能有助于我国在信息通信产业不断取得突破.不过,作为新兴材料,石墨烯产业化发展面临诸多难题,例如前面提到的成本高、技术弱.因此,早在“十二五”期间,我国就出台了众多政策推动石墨烯的产业发展.
2012年工信部发布《新材料产业“十二五”发展规划》中,就首次明确提出支持石墨烯新材料的发展.
2014年11月4日,国家发改委、财政部、工信部会同科技部、中国科学院、中国工程院、国家知识产权局等部门和单位联合制定了《关键材料升级换代工程实施方案》,提出将紧紧围绕支撑我国新一代信息技术、节能环保、海洋工程、先进轨道交通等四大战略性新兴产业发展,将石墨烯等20种重点材料实现批量稳定生产和规模应用,并培育30家新材料企业.
2015年10月,《<中国制造>重点领域技术路线图》进一步明确未来十年我国石墨烯产业的发展路径,总体目标是“2020年形成百亿元的产业规模,2025年整体产业规模突破千亿元”.
2015年12月,工信部、国家发改委、科技部联合印发《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》也提出,到2020年形成完善的石墨烯产业体系,实现石墨烯材料标准化、系列化和低成本化,在多领域实现规模化应用,形成若干家具有核心竞争力的石墨烯企业.
在政策推动下,我国石墨烯产业化发展在产业规模、技术专利与应用方面都实现了良好发展.产业规模上,我国形成了以江苏省（常州、无锡、南京等地）为中心,宁波、青岛、重庆、德阳、河北、北京等地活跃分散发展的格局；技术专利上,我国在国际上已经申请2200多项石墨烯专利技术,约为全球石墨烯专利技术的三分之一.
我国石墨烯产业发展概况
我国石墨烯产业起步较早,2011年就成立了第一家石墨烯企业.中国目前的石墨烯企业大多分布在东南沿海一带,尤其是长三角区域,其次是四川盆地一带和山东地区,此外,在天津、山西、内蒙等地也略有分布.
目前,我国的石墨烯产业大部分是处于下游的生产企业,且还处于中试阶段.能够规模化量产的石墨烯公司只有少数几家.如常州二维碳素材料有限公司、常州第六元素材料科技股份有限公司、宁波墨西科技有限公司、重庆墨希科技有限公司等.
作为新兴产业,中国石墨烯下游产业的发展呈现出欣欣向荣、蓬勃发展的势头,与国际发达国家基本处于同步阶段.《2016-2020年中国石墨烯行业深度调研及投资前景预测报告》称,2018年,全球石墨烯纳米颗粒的市场需求将达到1520吨.然而,光是中国本身在石墨烯纳米颗粒的产出就可以满足全球的需求.这标志着中国企业已经有能力参与到全球石墨烯市场的竞争,并在石墨烯研究与制造方面取得较为领先的优势.
在国家战略指引下,我国石墨烯研发和专利持有已在全球占据一席之地.国家在“十二五”规划中明确将新材料列为重要的战略新兴产业；国家自然科学基金委员会已经陆续拨款超过3亿元资助石墨烯相关项目；国家引导石墨烯产业成立了中国石墨烯产业技术创新战略联盟,联盟成员已达53家,6位联盟常务理事单位对石墨烯技术路线、标准战略、专利布局、国际合作和产业促进进行支持和合理引导.
与此同时,民间资本向石墨烯产业流动,产学研用构架基本形成.在产业园和创业基金等的积极引导下,一些创业者以技术为资本成立公司,一些上市公司以资金为优势介入石墨烯领域.上市公司通过引进石墨烯技术、与科研机构签订合作协议、设立产业技术投资基金或从战略角度构建产业链等方式参与石墨烯研发生产.目前部分石墨烯公司具备生产石墨烯粉体、浆液、导热膜、功能涂料、导电油墨和触控屏的能力,但在产品质量提升和下游市场开发方面仍存在巨大的提升空间.
此外,正是因为看到了石墨烯的应用前景,许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心,尝试使用石墨烯商业化,进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利.欧盟委员会将石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”,设立专项研发计划,未来10年内拨出10亿欧元经费.英国政府也投资建立国家石墨烯研究所（NGI）,力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场.
IBM投资了30亿美元,尝试对芯片进行革新,想要借此实现其硬件业务的复苏,他们的创新重点,就在于石墨烯技术的研究.
作为国产手机厂商中为数不多的拥有自己芯片的企业,石墨烯技术必将成为其重点研发的对象.因此,华为也在英国进行了石墨烯的投资.华为高层曾表示：“我们在石墨烯领域的合作,将为未来信息通信行业发展、构建更美好的全联接世界,提供至关重要的基础性支撑.”
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参考文献：
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