石墨烯超越炒作

神奇的材料。它只有一个原子厚，但强度是钢的200倍;非常导电，但透明和灵活。石墨烯自2004年由英国研究人员安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现以来声名鹊起，曼彻斯特大学的这对研究人员因此获得了诺贝尔奖2010年诺贝尔奖在物理。

我们已经听说了事实。我们已经了解到石墨烯如何以几乎无限的方式推动当今技术的边界。我们甚至想象过一只大象站在铅笔上。但透过头条新闻，很明显，石墨烯科学中许多最令人兴奋的领域仍处于早期阶段。在我们看到第一款石墨烯增强的智能手机、飞机或防弹背心之前，可能还需要几年，甚至几十年的时间。但除了这些不切实际的承诺之外，潜在的研究正在加快步伐。神奇的材料。它只有一个原子厚，但强度是钢的200倍;非常导电，但透明和灵活。石墨烯自2004年由英国研究人员安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现以来声名鹊起，曼彻斯特大学的这对研究人员因此获得了诺贝尔奖2010年诺贝尔奖在物理。

快速的进步

“要说有什么不同的话，那就是石墨烯的进展比其他同类材料要快。安德里亚·法拉利他是英国剑桥大学石墨烯中心主任。他指出，在2004年石墨烯被发现后的最初几年里，大多数研究都局限在学术界，而且是基础物理学。“直到2009年至2010年左右，应用型大学院系和企业才真正开始注意到这种材料，而我们才研究了四年。”

在过去几年中，石墨烯相关专利数量激增——2014年公布的专利总数比2012年增加了一倍多，超过9000项。其中超过四分之三的专利是在中国(47%)、韩国(13%)或美国(18%)申请的。

在国内，石墨烯研发已经吸引了几笔巨额的公共投资。今年在英国，这家总部位于曼彻斯特、身家6100万英镑的公司国家石墨烯研究所(NGI)以英国政府3800万英镑的资金开幕。和石墨烯的旗舰该计划是欧盟委员会未来与新兴技术竞赛的大赢家之一。2013-2016年，它从框架计划7中获得了5400万欧元(3900万英镑)，并计划每年从地平线2020预算中获得5000万欧元，所有这些都用于支持基础研究和应用研究。迄今为止，该项目在23个国家拥有140多个合作伙伴组织石墨烯研究路线图该项目由法拉利负责协调。

灯泡一刻

就在几个月前，一个里程碑式的时刻到来了，英国第一款石墨烯增强的商业消费产品——由石墨烯照明公司生产的灯泡，该公司从曼彻斯特大学和NGI分离出来。

灯泡的开发人员对该技术的工作原理一直有些保密，只说灯泡包含一个涂有石墨烯的灯丝状LED，其优越的导电性使整个灯泡的效率提高了10%左右，而且寿命更长。它的制造成本也更低，而且拥有“更可持续”的组件科林·贝利他是石墨烯照明公司的董事之一。他说，我们预计这些产品将在今年年底前上市。我们有现成的供应链。

他补充说，NGI在不久的将来还有其他设备在路上，包括一种由石墨烯墨水制成的天线，可以打印在纸上，这为更便宜的射频识别标签和可穿戴无线传感器开辟了可能性。贝利估计，这种电池将在2016年投入市场。他说，我们只是在寻找资金来支持我们所需的工厂和供应链。“我们还有很多其他的东西正在研发中，比如，我们正在研究石墨烯涂层，比如钢砌体，研究可以更快充电、储存更多能量的电池，以及石墨烯复合材料。”

事实上，含有石墨烯的复合材料可能是石墨烯的第一批主要主流应用，因为通过液相剥离石墨在溶液中生产石墨烯碎片的成本相对较低。将少量石墨烯加入其他材料中，如合金或聚合物，可以导致强度或导电性的指数级增加，这将使制造商能够生产更好的防护涂料和涂料，用于3D和喷墨打印的导电油墨或更坚固的建筑材料。

石墨烯旗舰的路线图预测，在未来几年内，越来越多的石墨烯墨水和材料将开始进入市场，一些公司已经开始生产它们。复合材料制造商海代尔石墨烯工业将石墨烯纳米板加入环氧树脂和碳纤维增强聚合物中，目前正在与帆船赛团队合作亚历克斯·汤姆森赛车尝试建造更坚固但更轻的容器并开发性能增强的涂层。

美国运动器材制造商头2013年，一款网球拍在球拍轴上使用了石墨烯增强聚合物，改变了重量分布，引起了轰动。该公司称，这样一来，拥有相同“摆动重量”的球拍整体重量就减轻了20%。Head的这款产品取得了巨大成功，该公司的专利还涵盖了用于其他运动设备的材料，包括滑雪板和高尔夫球杆。贝利说，这真的发展得非常快，我认为这是市场真正感到意外的地方。

保持标准

基于石墨烯的器件和材料的发展速度与大量制造它们的能力密切相关。在这个阶段，生产最好质量单层石墨烯的方法，如机械剥离(胶带法)和化学气相沉积(CVD)，目前的成本效益还不足以适合批量生产，而且在很大程度上仍然局限于研发。虽然这一直是阻碍石墨烯的一些高科技应用的因素之一，这些应用需要大的、无缺陷的单层石墨烯片，但生产其他材料(如少层和多层石墨烯片)的技术已经开始起步。

石墨烯理事会(graphene Council)主任特伦斯·巴坎(Terrance Barkan)说，两年前大约有100家公司参与石墨烯生产，现在大约有300家。石墨烯理事会是石墨烯研究、开发和生产人员的网络。

虽然这种增长在许多方面都是一个有希望的迹象，但巴坎警告说，它也可能产生问题。“每天都有一家新公司声称要生产石墨烯，但这种材料绝对没有公认的标准……人们把单壁纳米管称为‘卷起来的石墨烯’，或者你有单层或多层的材料，它们都被称为石墨烯。”除非你经常使用石墨烯，否则很容易被各种不同的术语弄糊涂。

Barkan说，在同一供应商内部甚至出现过不一致的情况，导致买家得到的材料批次性能略有不同。这造成了很多混乱，并使公司开始在其产品中用石墨烯替代传统的、特性良好的材料变得非常危险。

这些不同的术语很容易让人感到困惑

为了解决这个问题，石墨烯委员会正在制定一套标准，可以用来描述整个行业中石墨烯的所有不同变体。这也是石墨烯旗舰一直活跃的领域，去年来自欧洲各地的研究人员开发了一个“家谱”来分类和研究将不同类型的石墨烯进行分类及相关资料。

“标准化并不令人兴奋，”巴坎说。“它不会产生任何收入——人们讨厌它!”但我认为，如果你不克服这个障碍，你就永远不会进入一个严肃的、广泛整合的商业市场。

寻找杀手

不可否认，看到第一批石墨烯器件的出现令人兴奋，但怀疑者很快指出，灯泡和网球拍完全可以在没有石墨烯的情况下工作。目前还不清楚什么时候会制造出全新的东西，甚至不清楚它们会是什么。

法拉利说:“在一个领域的开始阶段，要真正正确地了解‘杀手级应用’将会出现在哪里是相当困难的。”为了了解未来可能发生的事情，他说我们需要看看类似材料的历史。例如，类金刚石碳——表现出与金刚石相似但不具有晶体结构的无定形碳——在20世纪70年代首次被开发出来，当时，就像石墨烯一样，有人建议这种材料可以用于晶体管。

法拉利说:“但在过去的50年里，没有一种用类金刚石碳制成的功能晶体管被销售出去。”“另一方面，这种材料在其他领域也取得了巨大的成功——世界上每一个电脑硬盘的顶部都有一层类似金刚石的碳，如果没有它，就无法正常工作。”目前，每年有10亿台这样的电脑被生产出来，但在1970年，当然没有人知道40年后的杀手级应用是什么。

目前，没有人知道石墨烯的杀手级应用会是什么，但它的许多特性表明了它在电子领域的潜力。法拉利的大部分研究都集中在开发柔性电子产品上，利用石墨烯作为透明、弯曲和薄的导体。与剑桥公司合作FlexEnable在美国，法拉利的团队生产了第一辆基于石墨烯的柔性显示器这是一种电子阅读器风格的反射显示器，使用柔性石墨烯电极代替金属，屏幕采用可弯曲塑料代替玻璃。

移动电话巨头三星(Samsung)和诺基亚(Nokia)也将目光投向了基于石墨烯的柔性电子产品，他们投入了数百万美元开发可弯曲屏幕，使用石墨烯取代目前智能手机和平板电脑触摸屏所用的易碎、不易弯曲的氧化铟锡层。虽然据说三星已经生产了一些工作原型，但制造石墨烯所需的昂贵的CVD工艺仍然是一个挑战，而且目前还无法购买。

还有人在谈论取代芯片中的硅，因为我们制造越来越小、包含更多晶体管的芯片的能力开始放缓。但这还有很长的路要走，法拉利警告说:“我永远无法用石墨烯取代硅晶体管——在我的有生之年都不可能。他补充说，石墨烯的许多电子应用至少还需要20年才能进入市场，他警告说，还需要大量的投资。

法拉利说:“‘10亿欧元购买石墨烯’的标题看起来很棒，但当你想到一家半导体公司可能在10年时间里花费数十亿美元，只是为了制造一个稍微小一点的设备时，这就显得微不足道了。”他说，目前我们对石墨烯的研究才刚刚开始。

改变世界

蒂姆·哈珀(Tim Harper)是一名技术顾问，参与运营了几家高科技初创企业。对他来说，还有其他改变世界的石墨烯技术可能更接近成为现实。他说，“石墨烯竞赛”的真正赢家将是那些能够将技术转化为已有市场需求的应用的人。

“如果你带着一袋石墨烯四处走动，试图找到它的应用，这是一个艰难的决定，”哈珀说。如果你能找到一种利用石墨烯做别人做不到的事情的方法，那么你就有了生意。

我们认为我们可以在几年内推向市场

哈珀认为石墨烯材料在水净化方面有特别的前景。他最近在英国成立了一家公司G2O，该公司已获得美国南卡罗来纳大学开发的氧化石墨烯膜技术的授权。哈珀说，水过滤膜是通过在聚酰胺衬底上涂上氧化石墨烯薄片制成的，氧化石墨烯薄片重叠并包裹在聚酰胺纤维上，“模仿鱼鳞上的黏液层”。当油和水的混合物暴露在膜上时，氧化石墨烯薄片将水困在结构内部，形成亲水口袋，排斥油。这使得膜非常耐污染，这是大多数净化膜技术的一个常见问题。

“目前，水处理的成本非常高，”哈珀说。“但是一旦你开始在这些膜上涂上涂层，你可以通过的水量就会突然增加，而其他东西也不会污染，这就意味着大量的节省。”如果你看看一个典型的海水淡化厂，我们可以节省大约40%的能源成本。这将为一家工厂每年节省4000万美元(2600万英镑)，哈珀希望这些数字足以说服水处理和海水淡化公司为这项技术的推广提供资金。

他参与的另一家公司Xefro正试图设计出完美的加热器。哈珀说:“使用可打印的石墨烯墨水，我们发明了可以被塑造成不同形状的加热器，可以集成到建筑物的结构中。”初步测试表明，将该技术与可以调节房屋每个房间供暖的控制系统相结合，可以节省25%至70%的能源，这取决于房屋其他部分的绝缘情况。哈珀说:“我们可以想出一种解决方案，将供暖成本降低50-60%。”

这些想法看起来很未来，但哈珀强调，只要投资得当，它们就能比你想象的更快成为现实。他说，我看的不是一个10年的研究项目，也不是一个5年的研究项目。他说，我们认为这种产品可以在几年内推向市场。

虽然有些领域的进展比其他领域快，但这些神奇的材料并没有显示出任何离开聚光灯的迹象。作为一项刚刚开始吸引投资者和业界关注的技术，法拉利将石墨烯描述为“新生婴儿”。毫无疑问，用不了多久，它就会开始迈出第一步。

修订于7月8日，以修正石墨烯旗舰的资助金额