中國(guó)粉體網(wǎng)11月5日訊 石墨烯是人類迄今為止發(fā)現(xiàn)的最薄但同時(shí)也是強(qiáng)度最大的二維材料。英國(guó)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫在2004年發(fā)現(xiàn)了這一神奇的納米材料，并因此在2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。因?yàn)槌瑥?qiáng)的堅(jiān)硬度、非凡的導(dǎo)電性和極佳的透光性，石墨烯被稱為“改變21世紀(jì)的材料”。然而，由于石墨烯制備成本高，嚴(yán)重妨礙了它的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，科研人員和產(chǎn)業(yè)界一直在孜孜不倦地研究低成本、高質(zhì)量和大尺寸石墨烯的制備方式。波蘭電子材料技術(shù)研究所的科學(xué)家發(fā)明的一種創(chuàng)新性石墨烯制備方式，實(shí)現(xiàn)了這一研究領(lǐng)域的突破，使石墨烯的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)成為可能，吸引了全世界研究者和企業(yè)界的目光。本報(bào)記者日前來(lái)到波蘭電子材料技術(shù)研究所，采訪了這項(xiàng)科技成果的發(fā)明人沃基米什?斯圖賓斯基博士和波蘭電子材料技術(shù)研究所所長(zhǎng)齊格蒙特?烏欽斯基博士。
今年56歲的沃基米什?斯圖賓斯基博士看上去比實(shí)際年齡更顯年青干練。他是波蘭電子材料技術(shù)研究所資深研究員、石墨烯研究室主任。在波蘭電子材料技術(shù)研究所的會(huì)客室里，沃基米什?斯圖賓斯基博士向本報(bào)記者介紹了有關(guān)自己的石墨烯最新專利的情況。
他說(shuō)，目前世界上在實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯的方法總體上分為物理剝離法和化學(xué)沉積法，而物理剝離法是實(shí)驗(yàn)室獲取石墨烯的最重要手段，其中除了最初使用的微機(jī)械剝離法外，使用最多的則是炭化硅高溫分解法。通過(guò)物理方法獲取的石墨烯，具有純度和質(zhì)量高的特點(diǎn)，但缺點(diǎn)是石墨烯的尺寸小，且價(jià)格成本高。與物理方法獲取石墨烯相比，化學(xué)方法雖然可以制備出大面積的石墨烯，但石墨烯存在很多缺陷，其中最大的問(wèn)題是純度和質(zhì)量都較低。
斯圖賓斯基博士說(shuō)，他對(duì)石墨烯的研究一直集中在物理學(xué)領(lǐng)域，并最終取得了對(duì)石墨烯制備方法的突破。同此前對(duì)炭化硅進(jìn)行高溫加熱，在硅原子蒸發(fā)分解后提取石墨烯的過(guò)程相反，他在對(duì)炭化硅進(jìn)行加熱時(shí)，無(wú)需高溫分解其中的硅，而是在相對(duì)低溫下對(duì)炭化硅進(jìn)行加炭處理，即可獲得高純度的石墨烯。用這種方法制成的石墨烯，具有3個(gè)特點(diǎn)，即：制成速度快，價(jià)格低廉和質(zhì)量更高。
斯圖賓斯基博士詳細(xì)解釋了其專利所具備的上述3個(gè)優(yōu)勢(shì)。他說(shuō)，對(duì)炭化硅加熱時(shí)，由于無(wú)需達(dá)到硅原子蒸發(fā)分解的高溫，不僅節(jié)約了成本，而且大大縮短了石墨烯的制成時(shí)間，制備時(shí)間只有常規(guī)方法的1/10。至于石墨烯的價(jià)格，在實(shí)驗(yàn)室少量制備的情況下，每平方厘米的成本只有約70美元，這其中60美元還是購(gòu)買炭化硅底板的成本。如果進(jìn)行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，費(fèi)用還將會(huì)大幅度降低，已經(jīng)完全可以達(dá)到目前工業(yè)用硅的價(jià)格水平。與此同時(shí)，用該辦法制備而成的石墨烯，質(zhì)量也比之前大幅提升，超過(guò)此前任何方法制備而成的石墨烯的質(zhì)量。
這項(xiàng)關(guān)于石墨烯制備方法的研究成果在2012年9月申請(qǐng)并獲得波蘭專利，成為波蘭電子材料技術(shù)研究所在石墨烯研究領(lǐng)域獲得的第4項(xiàng)專利，斯圖賓斯基也因?qū)κ┲瞥煞椒ǖ膭?chuàng)新，而獲得2012年度波蘭杰出科技成就獎(jiǎng)。
據(jù)波蘭電子材料技術(shù)研究所所長(zhǎng)齊格蒙特?烏欽斯基博士向本報(bào)記者介紹，作為材料家族的新星，石墨烯因其無(wú)可比擬的特性，在電子、航天、新能源和半導(dǎo)體等眾多領(lǐng)域有著無(wú)比廣闊的應(yīng)用潛力，從一開始就吸引了全球產(chǎn)業(yè)界人士的高度關(guān)注，近年來(lái)，不僅關(guān)于石墨烯的科學(xué)研究進(jìn)展迅速，其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用也如箭在弦上。斯圖賓斯基博士關(guān)于石墨烯制備方法的專利成果，使石墨烯基本具備了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的條件。他向記者出示的一份名為“未來(lái)市場(chǎng)”（FUTURE MARKETS）的英國(guó)學(xué)術(shù)期刊的排名，在石墨烯研究領(lǐng)域排名前20的研究機(jī)構(gòu)中，歐洲國(guó)家共有3個(gè)，除了英國(guó)的曼徹斯特大學(xué)和劍橋大學(xué)外，就是波蘭的電子材料技術(shù)研究所。而中國(guó)則沒有任何一家研究機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行前20名。
另?yè)?jù)烏欽斯基所長(zhǎng)介紹，在今年初，他們開始將這項(xiàng)專利在歐盟和美國(guó)等國(guó)家內(nèi)申請(qǐng)專利，預(yù)計(jì)在今年底前將獲得在歐美等世界主要國(guó)家的專利證書。他說(shuō)，盡管這項(xiàng)波蘭專利具備了產(chǎn)業(yè)化的條件，但最終能否取得成功，取決于能否順利地投入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。他說(shuō)，在2012年，世界各國(guó)共有3520項(xiàng)有關(guān)石墨烯的研究申請(qǐng)了專利，但因?yàn)榇蠖紱]能投入產(chǎn)業(yè)化而留在了實(shí)驗(yàn)室里。由于波蘭市場(chǎng)和企業(yè)規(guī)模的限制，波蘭國(guó)內(nèi)企業(yè)缺乏將這項(xiàng)波蘭專利投入產(chǎn)業(yè)化的條件，而受歐債危機(jī)的影響，很多歐洲跨國(guó)企業(yè)的投資能力也受到很大影響，導(dǎo)致這項(xiàng)專利目前仍然待字閨中。他說(shuō)，這項(xiàng)波蘭專利的最好歸屬，或許是巨大的中國(guó)市場(chǎng)和充滿活力的中國(guó)企業(yè)。斯圖賓斯基博士此時(shí)也插話說(shuō)，他對(duì)與中國(guó)企業(yè)的合作充滿期待。他特意請(qǐng)本報(bào)記者轉(zhuǎn)告中國(guó)企業(yè)，可能的合作方式絕不是僅局限于出售專利，而是既可以與中國(guó)企業(yè)聯(lián)合研發(fā)石墨烯新產(chǎn)品，也可以共同合作對(duì)企業(yè)的既有產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)換代，讓石墨烯材料盡早造福人類。
今年56歲的沃基米什?斯圖賓斯基博士看上去比實(shí)際年齡更顯年青干練。他是波蘭電子材料技術(shù)研究所資深研究員、石墨烯研究室主任。在波蘭電子材料技術(shù)研究所的會(huì)客室里，沃基米什?斯圖賓斯基博士向本報(bào)記者介紹了有關(guān)自己的石墨烯最新專利的情況。
他說(shuō)，目前世界上在實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯的方法總體上分為物理剝離法和化學(xué)沉積法，而物理剝離法是實(shí)驗(yàn)室獲取石墨烯的最重要手段，其中除了最初使用的微機(jī)械剝離法外，使用最多的則是炭化硅高溫分解法。通過(guò)物理方法獲取的石墨烯，具有純度和質(zhì)量高的特點(diǎn)，但缺點(diǎn)是石墨烯的尺寸小，且價(jià)格成本高。與物理方法獲取石墨烯相比，化學(xué)方法雖然可以制備出大面積的石墨烯，但石墨烯存在很多缺陷，其中最大的問(wèn)題是純度和質(zhì)量都較低。
斯圖賓斯基博士說(shuō)，他對(duì)石墨烯的研究一直集中在物理學(xué)領(lǐng)域，并最終取得了對(duì)石墨烯制備方法的突破。同此前對(duì)炭化硅進(jìn)行高溫加熱，在硅原子蒸發(fā)分解后提取石墨烯的過(guò)程相反，他在對(duì)炭化硅進(jìn)行加熱時(shí)，無(wú)需高溫分解其中的硅，而是在相對(duì)低溫下對(duì)炭化硅進(jìn)行加炭處理，即可獲得高純度的石墨烯。用這種方法制成的石墨烯，具有3個(gè)特點(diǎn)，即：制成速度快，價(jià)格低廉和質(zhì)量更高。
斯圖賓斯基博士詳細(xì)解釋了其專利所具備的上述3個(gè)優(yōu)勢(shì)。他說(shuō)，對(duì)炭化硅加熱時(shí)，由于無(wú)需達(dá)到硅原子蒸發(fā)分解的高溫，不僅節(jié)約了成本，而且大大縮短了石墨烯的制成時(shí)間，制備時(shí)間只有常規(guī)方法的1/10。至于石墨烯的價(jià)格，在實(shí)驗(yàn)室少量制備的情況下，每平方厘米的成本只有約70美元，這其中60美元還是購(gòu)買炭化硅底板的成本。如果進(jìn)行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，費(fèi)用還將會(huì)大幅度降低，已經(jīng)完全可以達(dá)到目前工業(yè)用硅的價(jià)格水平。與此同時(shí)，用該辦法制備而成的石墨烯，質(zhì)量也比之前大幅提升，超過(guò)此前任何方法制備而成的石墨烯的質(zhì)量。
這項(xiàng)關(guān)于石墨烯制備方法的研究成果在2012年9月申請(qǐng)并獲得波蘭專利，成為波蘭電子材料技術(shù)研究所在石墨烯研究領(lǐng)域獲得的第4項(xiàng)專利，斯圖賓斯基也因?qū)κ┲瞥煞椒ǖ膭?chuàng)新，而獲得2012年度波蘭杰出科技成就獎(jiǎng)。
據(jù)波蘭電子材料技術(shù)研究所所長(zhǎng)齊格蒙特?烏欽斯基博士向本報(bào)記者介紹，作為材料家族的新星，石墨烯因其無(wú)可比擬的特性，在電子、航天、新能源和半導(dǎo)體等眾多領(lǐng)域有著無(wú)比廣闊的應(yīng)用潛力，從一開始就吸引了全球產(chǎn)業(yè)界人士的高度關(guān)注，近年來(lái)，不僅關(guān)于石墨烯的科學(xué)研究進(jìn)展迅速，其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用也如箭在弦上。斯圖賓斯基博士關(guān)于石墨烯制備方法的專利成果，使石墨烯基本具備了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的條件。他向記者出示的一份名為“未來(lái)市場(chǎng)”（FUTURE MARKETS）的英國(guó)學(xué)術(shù)期刊的排名，在石墨烯研究領(lǐng)域排名前20的研究機(jī)構(gòu)中，歐洲國(guó)家共有3個(gè)，除了英國(guó)的曼徹斯特大學(xué)和劍橋大學(xué)外，就是波蘭的電子材料技術(shù)研究所。而中國(guó)則沒有任何一家研究機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行前20名。
另?yè)?jù)烏欽斯基所長(zhǎng)介紹，在今年初，他們開始將這項(xiàng)專利在歐盟和美國(guó)等國(guó)家內(nèi)申請(qǐng)專利，預(yù)計(jì)在今年底前將獲得在歐美等世界主要國(guó)家的專利證書。他說(shuō)，盡管這項(xiàng)波蘭專利具備了產(chǎn)業(yè)化的條件，但最終能否取得成功，取決于能否順利地投入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。他說(shuō)，在2012年，世界各國(guó)共有3520項(xiàng)有關(guān)石墨烯的研究申請(qǐng)了專利，但因?yàn)榇蠖紱]能投入產(chǎn)業(yè)化而留在了實(shí)驗(yàn)室里。由于波蘭市場(chǎng)和企業(yè)規(guī)模的限制，波蘭國(guó)內(nèi)企業(yè)缺乏將這項(xiàng)波蘭專利投入產(chǎn)業(yè)化的條件，而受歐債危機(jī)的影響，很多歐洲跨國(guó)企業(yè)的投資能力也受到很大影響，導(dǎo)致這項(xiàng)專利目前仍然待字閨中。他說(shuō)，這項(xiàng)波蘭專利的最好歸屬，或許是巨大的中國(guó)市場(chǎng)和充滿活力的中國(guó)企業(yè)。斯圖賓斯基博士此時(shí)也插話說(shuō)，他對(duì)與中國(guó)企業(yè)的合作充滿期待。他特意請(qǐng)本報(bào)記者轉(zhuǎn)告中國(guó)企業(yè)，可能的合作方式絕不是僅局限于出售專利，而是既可以與中國(guó)企業(yè)聯(lián)合研發(fā)石墨烯新產(chǎn)品，也可以共同合作對(duì)企業(yè)的既有產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)換代，讓石墨烯材料盡早造福人類。
