石墨烯时代颠覆硅时代意味着什么？
2004年，来自英国曼彻斯特大学的物理学家AndreGeim和KonstantinNovoselov在实验室成功地将石墨烯从石墨薄片中分离出来。两人都因在二维石墨烯材料方面的开创性实验获得了2010诺贝尔物理学奖。发现它的厚度只有0.34 nm，一块1 mm厚的石墨片是由近300万层石墨烯堆叠而成。
石墨烯的出现引起了世界范围内的研究热潮，尤其是其独特的性质。许多专家称之为“改变21世纪的材料”，并预言“21世纪将是碳(C)的世纪”。
石墨烯具有超强的导电性，其迁移率是硅的100倍。据专家介绍，石墨烯中的电子在轨道上运动时，不会因为晶格缺陷或者外来原子的引入而发生散射，干扰非常小。因此，电子的运动速度超过了在其他金属单体或半导体中的速度，可以达到光速的1/300。
石墨烯的导热性能优于碳纳米管，是铜、铝等金属的几十倍，这使得石墨烯作为未来超大规模集成电路的散热材料大有可为。石墨烯也比钻石坚硬，其机械强度是钢的100倍，还有拉伸折叠的柔韧性和优异的透光性，透光率达到97.4%。
此外，石墨烯具有非常高的比表面积。单层石墨烯的理想比表面积可达2630平方米/克，而普通活性炭的比表面积为1500平方米/克，这使得石墨烯成为一种潜在的储能材料。
广阔的应用前景
刚刚诞生的石墨烯是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的碳材料。在触摸屏、电子器件、储能电池、显示器、传感器、半导体、航空航天、军工、复合材料、生物医药等领域具有广阔的应用前景，一旦量产将成为下一个万亿美元的新兴产业。
“目前从全世界来看，石墨烯是一个前沿研究，材料的研发还处于起步阶段，距离大规模应用还有很长的路要走，但这并不代表它很远。”南京大学电子科学与工程学院教授王欣然表示，手机、平板电脑等终端上的石墨烯触摸屏应该会率先进入市场，预计两年后就可以上市。石墨烯制成的光电探测器、太阳能电池等光电器件也将在2015逐步进入市场。而要求更高、工艺更严格的高频电路和逻辑电路，在遥远的将来是无法进入市场的。
中科院院士高鸿钧也表示，石墨烯在未来电子器件中具有诱人的应用前景，被视为石墨烯研究最有可能突破和产业化的领域，成为国际研究和竞争的焦点。
据媒体报道，日前，中科院重庆绿色智能技术研究所已成功制备出国内首块15英寸单层石墨烯，尺寸达到国内最高水平。目前，中科院重庆研究院已在铜箔基板上生长出15英寸均匀单层石墨烯，并成功转移到柔性PET基板等基板表面。经过进一步加工，还制成了7英寸的石墨烯触摸屏。把石墨烯触摸屏贴在普通笔记本电脑的显示屏上，就可以用手写笔在屏幕上写字了。
在储能领域，石墨烯有望在锂离子电池和超级电容器的开发中发挥重要作用。石墨烯具有优异的导电性和灵活的二维层状结构，可以提高锂离子电池和超级电容器的充放电速度、循环稳定性和安全性，并可能在几分钟甚至几秒钟内充满电。这种石墨烯锂电池在消费电子、电动汽车、储能等领域有很大的市场。
此外，石墨烯制成的散热膜可应用于智能手机、平板电脑、LED照明、液晶电视等超薄大功率电子产品。功能化石墨烯材料在生物医学、生物诊断和食品加工方面也有很高的应用价值。
投资热正在升温
由于石墨烯巨大的市场潜力，全球范围内掀起了石墨烯的研发和投资热潮。目前，三星电子、IBM、陶氏化学、通用汽车、施乐等国际大牌厂商都在积极推进石墨烯产业化的研究。
资料显示，参与石墨烯研发的公司超过200家，中国和美国在产品专利数量上遥遥领先。对石墨烯产业有深入研究的英国科技战略机构CambridgeIP的最新数据显示，全球最大的10石墨烯相关专利持有人分别是IBM、KAIST、KIST、莱斯大学、三星、盛迪、清华大学、成均馆大学、施乐、浙江大学。
剑桥知识产权公司董事长多诺克表示，过去几年，亚洲，尤其是韩国和中国的石墨烯专利活动显著增加。
在国内，浙江大学、清华大学、北京大学、中科院金属所、中科院宁波材料所、上海交通大学、东南大学、天津大学等高校和科研机构在石墨烯制备和应用领域申请了多项专利。
截至今年6月，国内机构* * *已申请石墨烯相关发明专利3000多项，其中国家知识产权局授权专利456项，主要集中在石墨烯的制备和应用方面。
在石墨烯的产业应用上，江苏走在全国前列。2010年7月，台州成立了国内第一家专业的石墨烯新材料公司，现已具备较大规模。
2011年，中科院宁波材料所刘兆平研究员带领的石墨烯研究团队成功开发出具有自主知识产权的石墨烯低成本规模化制备技术，并建立了吨级中试生产线。2012将技术转让给上海南江(集团)有限公司，双方成立宁波墨希科技有限公司，致力于石墨烯的生产、销售和应用技术研发。年产300吨石墨烯生产线计划于2013年底建成。
触摸面板产业正成为重庆发展电子信息高新技术产业的又一重要方向。据预测，到2015年，平板电脑大尺寸触摸屏需求也将达到2.3亿片，其中石墨烯将占据重要市场。为此，上海南江集团将与中科院重庆研究院共同推进“大型单层石墨烯产业化项目”，前期投入2.67亿元。近日，石墨烯产业基地成功落户重庆，将力争一年内建成首条生产线并投产，形成654.38+00万片石墨烯片的产能。
随着石墨烯的技术进步和产业化，市场对它的关注度越来越高。出现了数十家涉及石墨烯研发、生产、销售和服务的高科技企业。比如上海新驰、南京福柯纳米、深圳贝特瑞等。其中，有很多风险投资机构积极参与。
此外，国内多家上市公司也进入了石墨烯应用领域。方大炭素5月20日晚间公告称，其利用石灰石制备石墨烯的方法近日获得了国家知识产权局的专利证书，专利期限为20年。方大炭素表示，与现有技术相比，本发明具有制备工艺简单、原料来源广泛、成本低廉、安全环保的优点。
大岳投资董事会主席陈云华今年3月透露，公司目前正在规划石墨烯产品的研发，将主要应用于纺织服装、汽车电池、手机等领域；2013年3月，杜南电力公司宣布正式申请石墨烯和石墨烯电池两项专利。2012年7月，华丽家族确认控股股东南江集团正在投资建设全球首条石墨烯生产线。钟超电缆近日也确认，2012年7月，公司获得“含石墨烯的橡胶绝缘电缆”有效专利；陆金集团与中科院金属所联合研发的“石墨烯材料规模化制备技术”通过了四川省科技厅的专家鉴定。
工业化的障碍
虽然石墨烯的研发如火如荼，在学术界、企业界和资本市场备受追捧，但如何大规模制备高质量、大尺寸、低成本的石墨烯，是产业化亟待解决的问题。
在7月13举行的石墨烯产业发展趋势与投资论坛上，多位专家表示，目前制备石墨烯的技术并不成熟，产品面积很小，不能适应工业应用。石墨烯整体还处于研发阶段，各国对这种新兴材料处于专利布局期，产业链尚未形成。对石墨烯需求最大的仍然是各大高校和科研机构的研究和应用。
据介绍，石墨烯之所以没有实现量产，是因为没有找到适合量产的方法和途径，这也是石墨烯成本居高不下的原因。目前石墨烯的制备方法主要有四种:微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和化学气相沉积法。
诺贝尔奖获得者海姆和诺沃肖洛夫获得石墨烯的方法被称为微机械剥离，即直接从较大的晶体上切割石墨烯薄片。这种方法仍然是在实验室获得石墨烯进行基础研究的重要手段。这种方法得到的石墨烯质量高，但尺寸小且不一，而且劳动强度大，成本高，不能满足产业化的需要。
外延生长法得到的石墨烯面积大，质量高，但缺点是石墨烯的生产成本非常高，生长条件非常苛刻。这种方法生成的石墨烯不容易转移到其他基底上，因为在金属表面生长石墨烯，然后转移到合适的基底上是非常困难的，就像在足球场上铺一层薄薄的保鲜膜，使其平整完整一样。
目前，氧化石墨还原法是成本最低、最容易实现大规模生产石墨烯的方法。其缺点是在氧化还原过程中，石墨烯的电子结构和晶体完整性容易被强氧化剂破坏，进一步影响石墨烯的分子特性。
化学气相沉积法虽然可以大面积制备石墨烯，转移到其他衬底上也不难，但质量仍有待提高，而且工艺更复杂，成本更高。
我国对石墨烯的研究起步较晚，但研究跟进很快。截至2012年底，石墨烯相关研究论文被SCI收录数量已达5072篇，超过美国，居世界第一。
“但是我们有两个缺点。首先，研究群体虽然庞大，成果也不少，但优秀的、原创性的成果很少。我们采用别人成熟的方法始终处于落后的地位，重大创新非常有限，应该在材料的制备方法上寻求突破。另外主要集中在基础研究上，产业应用比较薄弱。”中国科学院院士高鸿钧说，欧洲、美国、韩国等国家的企业参与较早，其成果的应用和转化也走在世界前列。
清华大学康飞宇教授石墨烯研究团队的朱宏伟认为，目前石墨烯已经具备大规模生产的能力，但在发展过程中还存在一些问题。中国现有的技术水平可以支撑其工业化，但还没有达到最佳水平，未来需要大的突破。然而，石墨烯的制备技术与理想状态仍有差距。此外，他希望国家能给石墨烯研究机构和企业更多的政策支持。
东南大学教授、博士生导师倪振华就加快石墨烯研究和产业化提出五点建议:一是从政府层面引导石墨烯研究的正确方向；第二，通过政策支持加快工业化进程；三是尽快建立行业标准，争取话语权；第四，加强行业间的交流与合作，促进石墨烯的广泛应用；五是建立相关产业技术联盟，加强行业内的协调合作。
近年来，石墨烯的兴起也引起了中国政府的关注。去年，工信部发布了《新材料产业“十二五”发展规划》，将石墨烯列为前沿新材料。此外，在国家科技重大专项和国家973计划中部署了一批重大项目。
在2013石墨烯产业发展趋势与投资论坛上，工信部原材料司副司长高表示，石墨烯属于纳米材料范畴。在编制新材料产业“十二五”发展规划的时候，石墨烯还没有现在这么普及，产业应用前景并不明朗。所以在规划文本和产品目录中并没有把石墨烯作为主要关注点，但是随着技术和应用的突破，下一步会研究和考虑。
13年7月，中国石墨烯产业技术创新战略联盟在北京成立。联盟的成立将有助于整合和协调产业资源，建立产学研上下游信息和知识产权的资源共享机制，进一步提升石墨烯产业链整体创新水平和低成本石墨烯的竞争力，促进我国石墨烯产业健康发展。