揭秘石墨烯“黑”技術

訪北京石墨烯研究院院長劉忠范院士

　　10月25日揭牌成立的北京石墨烯研究院是由北京市科委推動成立的全國科技創(chuàng)新中心首批新型研發(fā)機構，未來將專注于石墨烯產業(yè)的核心技術研發(fā)與相關服務。北京石墨烯研究院會給我們帶來哪些石墨烯新技術、新產品，又是如何探索殺手锏級的應用，尤其是規(guī)?；闹苽浼夹g呢？北京石墨烯研究院院長劉忠范院士向記者講述了我們不知道的石墨烯“黑”技術。

　　石墨烯薄膜：

　　制備水平國際最高

　　北京石墨烯研究院發(fā)明了卷對卷連續(xù)動態(tài)石墨烯薄膜生長方法，成功研制出規(guī)?；瘜W氣相沉積（CVD）生長裝備。據介紹，目前研究院薄膜制備技術可年產石墨烯薄膜2萬平方米。此外，研究院在國際上還率先研制出4英寸單晶石墨烯晶圓批量制備裝備。研究團隊利用超潔凈石墨烯制備技術，可使石墨烯薄膜表面潔凈度達90%以上，也由此賦予了其高導電性、低接觸電阻和高透明度等特征，代表了當前石墨烯薄膜制備的最高水平。

　　石墨烯玻璃：

　　升級改造傳統(tǒng)產業(yè)

　　所謂超級石墨烯玻璃，是通過在傳統(tǒng)玻璃上直接生長石墨烯薄膜，賦予普通玻璃所不具備的導電、導熱、自清潔以及生物相容等特性。劉忠范團隊創(chuàng)新的一系列CVD生長方法，實現(xiàn)了石墨烯在任意玻璃上直接生長，并成功研制出超級石墨烯玻璃規(guī)模化制備裝備，單臺設備年產能達5000平方米。

　　這種新型石墨烯玻璃催生出一系列全新的應用，包括智能窗、觸控屏、智能投影墻、玻璃電熱片、防霧鏡、高效細胞培養(yǎng)皿和光學傳感器等，為傳統(tǒng)玻璃產業(yè)升級換代開辟新路徑。

　　烯碳光纖：

　　光電防腐特性出眾

　　基于CVD生長技術，研發(fā)團隊實現(xiàn)了石墨烯在石英光纖表面的層數(shù)可控生長，研發(fā)出的光纖具有優(yōu)良的防腐性能，機械強度也有顯著提升，并擁有特殊的光電特性。

　　據介紹，采用烯碳光纖制作的新型電光調制器，開關電壓僅需3伏，遠低于商用的無機晶體電光調制器。此外，這種光纖還可用于制造光纖探測器、光纖傳感器、鎖模超快激光器等，有望成為光纖領域的變革性新技術。

　　特別值得一提的是，烯碳防腐光纖未來在油井方面將大有用途。一般油井傳感主要靠不銹鋼軟管密封結構實現(xiàn)光纜的耐腐蝕性能，但由于光纜受力較大、油井腐蝕性強和溫度高，傳統(tǒng)光纜不能滿足當前需求，而石墨烯的隔離能力可極大提高油井傳感光纜的耐用性。

　　石墨烯器件：

　　半導體照明核心技術

　　研究院首創(chuàng)的石墨烯緩沖層技術，大幅改善了氮化鎵等薄膜材料的外延生長質量，使LED光輸出功率提升達35%，并且開啟電壓也顯著降低，在大注入電流下發(fā)光波長穩(wěn)定。

　　鑒于石墨烯的優(yōu)異導熱性能，其引入有望提高LED器件的散熱性能和使用壽命，成為新一代半導體照明核心技術。

　　石墨烯玻纖：

　　軍民融合應用范例

　　與傳統(tǒng)玻璃纖維相比，石墨烯玻璃纖維的力學和熱學性能有顯著提升，這有助于改善導彈和各種飛行器的飛行特性，從而提高制導精度。

　　而在民用交通領域，這種新型玻璃纖維也有著廣闊應用前景，其獨特的力學、熱學及電學性能將提高民用交通工具的智能化及低能耗化。石墨烯玻纖由此成為石墨烯在軍民融合領域應用的范例。

　　石墨烯輪胎：

　　取代炭黑延長壽命

　　石墨烯輪胎具有高耐磨性，添加很少量的石墨烯粉體，就可取代普通輪胎生產過程中使用的炭黑，并延長輪胎的使用壽命。此外，石墨烯導電輪胎能夠在不同環(huán)境接地條件下，連續(xù)可靠導出車體靜電；提高輪胎抗?jié)窕阅艿紸級，一定程度降低滾動阻力，有效減少油耗、降低二氧化碳等氣體排放。

　　據劉忠范介紹，北京石墨烯研究院10年規(guī)劃投資20億元，目前已組建上百人的研發(fā)管理團隊，建立5個研發(fā)部門，實現(xiàn)公共儀器平臺首批設備到位。未來，他們將致力于打造石墨烯產業(yè)的基石和核心競爭力，相信不久的將來，會有更多的石墨烯“黑”科技浮出水面。