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石墨烯應(yīng)用的研發(fā)高潮迭起
  目前，石墨烯被認為是最有可能取代硅材料的下一代半導(dǎo)體材料，其應(yīng)用技術(shù)備受世界各國政府、跨國公司以及眾多投資者的青睞。根據(jù)壹行研統(tǒng)計，截至2015年底，全球?qū)κ┭邪l(fā)的總投入已經(jīng)高達24億美元。石墨烯材料的應(yīng)用研發(fā)成為各大跨國公司研發(fā)部門追逐的熱點領(lǐng)域。
  半導(dǎo)體巨頭，包括英特爾和IBM，分別進行了石墨烯在高性能電子產(chǎn)品，如場效應(yīng)晶體管（FET）和集成電路芯片中的應(yīng)用研究。它們還分別聯(lián)合全球知名的石墨烯研發(fā)機構(gòu)，如曼徹斯特大學(xué)、麻省理工學(xué)院（MIT）、南洋理工大學(xué)（NTU）及賓州州立大學(xué)（PSU）等來持續(xù)推動石墨烯在中央處理器及芯片技術(shù)（CPU/IC）方面的研究及應(yīng)用。
  化學(xué)材料巨頭如巴斯夫和拜耳材料（Covestro）則側(cè)重研發(fā)性能更好的石墨烯母料及復(fù)合材料，使其具有更優(yōu)越的電子、機械和熱性能，期望能應(yīng)用到下游電子行業(yè)。例如巴斯夫就先后與美國的石墨烯領(lǐng)頭企業(yè)Vorbeck Materials和西班牙的納米材料公司Avanzare一起開發(fā)應(yīng)用于電子行業(yè)的石墨烯導(dǎo)電涂料。
  通訊及消費電子巨頭，包括三星、蘋果、諾基亞、富士康、索尼、華為等等則對石墨烯改進的透明導(dǎo)電膜，石墨烯導(dǎo)電油墨、基于石墨烯的電磁和靜電干擾組隔膜、石墨烯散熱材料等更感興趣。三星投資早在2014年就投資了全球最大的石墨烯生產(chǎn)廠商XG Sciences。三星SDI和XG Sciences還簽訂了聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，主要開發(fā)應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品的新一代石墨烯材料輔助的鋰離子電池。而最近華為中央研究院瓦特實驗室發(fā)布的高溫鋰離子電池也采用了石墨烯散熱材料來實現(xiàn)三元鋰離子電池與環(huán)境間的高效散熱。據(jù)報道，該石墨烯輔助的鋰離子電池能將上限使用溫度提高10℃，并可將鋰離子電池的使用壽命延長一倍。
石墨烯的電子應(yīng)用精彩紛呈
  目前，許多專業(yè)的石墨烯生產(chǎn)商致力于置換石墨烯材料進入現(xiàn)有的電子材料體系。比如用石墨烯來替代ITO（Indium tin oxide，氧化銦錫）、活性炭、銀漿等材料，來開發(fā)具有更高性價比的電子產(chǎn)品。具體來說，石墨烯在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用包括，但不限于透明導(dǎo)電膜（TCF）、柔性電子（flexible electronics）、邏輯器件（logic device）、傳感器（sensor）、導(dǎo)電漿料及油墨（conductivepaste and ink）、散熱材料（thermalmanagement/spreader）、電磁干擾屏蔽（EMI shielding）和靜電放電保護（ESD protection）、射頻識別（RFID）以及智能包裝（smart packaging）等器件和系統(tǒng)中。
  透明導(dǎo)電膜是石墨烯材料最早的電子應(yīng)用之一。三星電子早在2010年就和韓國成均館大學(xué)（Sungkyunkwan University）合作開發(fā)了30英寸（76.2厘米）的基于石墨烯薄膜的透明導(dǎo)電膜的原型。不過，要獲取完美晶格而且大尺寸的石墨烯薄膜的生產(chǎn)成本很高，該產(chǎn)品相對現(xiàn)有的ITO薄膜來說在成本上并無優(yōu)勢，高成本限制了石墨烯在大尺寸的導(dǎo)電膜領(lǐng)域的進一步發(fā)展。因此，一些石墨烯薄膜生產(chǎn)商，如西班牙的Graphenea和美國的Graphene Frontiers，積極改變下游產(chǎn)品策略，從大尺寸導(dǎo)電透明膜轉(zhuǎn)向供應(yīng)更高性能的小面積石墨烯膜的電子產(chǎn)品。這些新開發(fā)的應(yīng)用包括了石墨烯射頻識別和傳感器。相關(guān)石墨烯薄膜被一些半導(dǎo)體和電子巨頭，如英特爾、日立、阿爾卡特朗訊等采用，正處于經(jīng)濟研發(fā)階段。
  石墨烯膜在觸控顯示屏和電子書屏幕的應(yīng)用上嶄露頭角。在石墨烯觸控屏方面國內(nèi)的石墨烯膜公司在商業(yè)進程上走得更快更遠。據(jù)報道，常州的二維碳素、第六元素及重慶墨�？萍嫉葒鴥�(nèi)主要石墨烯廠商開始給手機廠商供應(yīng)石墨烯薄膜產(chǎn)品。其中，二維碳素早在2012年就和深圳力合光電以及無錫麗格光電共同開發(fā)了石墨烯電容式觸控面板，并于2013年投產(chǎn)了年產(chǎn)3萬平米的生產(chǎn)線；2015年該公司進一步聯(lián)合深圳貝特萊電子發(fā)布了采用石墨烯應(yīng)變感應(yīng)傳感器的壓力觸控系統(tǒng)Z-touch。另外，2015年3月重慶墨西科技聯(lián)合影馳（GalaPad）開發(fā)的首批3萬臺石墨烯手機上市，該產(chǎn)品除了采用了石墨烯制成的觸摸屏，還同時采用了石墨烯散熱膜和其他含有石墨烯的器件。國內(nèi)的智能手機領(lǐng)導(dǎo)品牌如小米、酷派等也在自己的手機上做了石墨烯觸控屏的測試。不過，這些應(yīng)用都還處于試驗階段，尚未形成持續(xù)的大批量出貨。
  另一方面，石墨烯微片材料特有的印刷便利性以及優(yōu)越的電子傳導(dǎo)性能使得其在導(dǎo)電油墨、射頻識別天線（RFID antennas）印刷以及智能包裝應(yīng)用領(lǐng)域相對于傳統(tǒng)的導(dǎo)電銀漿材料更有優(yōu)勢。具體來說，應(yīng)用石墨烯粉末（微片）材料來替代傳統(tǒng)導(dǎo)電油墨中較為昂貴的銀漿等關(guān)鍵材料可以達到降低導(dǎo)電油墨成本的效果，同時其導(dǎo)電性能與基于銀漿的導(dǎo)電油墨相當(dāng)。在這方面比較領(lǐng)先的有全球最大的石墨烯生產(chǎn)商美國的XG Sciences。該公司開發(fā)了基于自己生產(chǎn)的XGnP石墨烯材料的針對電子行業(yè)客戶的定制化石墨烯導(dǎo)電油墨以及石墨烯涂料。另一家全球領(lǐng)先的石墨烯廠商美國Vorbeck Materials也開發(fā)了基于石墨烯、替代傳統(tǒng)印刷電子使用的導(dǎo)電油墨Vor-inkTM，以及基于石墨烯印刷天線的射頻識別標簽（RFID tags）Vor-tagTM產(chǎn)品，主要應(yīng)用于智能包裝領(lǐng)域。歐洲領(lǐng)先的石墨烯廠商、意大利的石墨烯公司Directa Plus則開發(fā)了針對印刷電子電路（printed electronics circuits）的Liquid G+石墨烯導(dǎo)電油墨產(chǎn)品。由于柔性及可穿戴電子在全球的逐步普及，可以預(yù)期石墨烯導(dǎo)電油墨以及基于石墨烯的射頻識別標簽等產(chǎn)品會在接下來幾年時間內(nèi)進一步滲透消費電子市場。