中國儲能網訊：2004年英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，在實驗室成功地從石墨中剝離出了石墨烯，證明了石墨烯可以單獨存在，因此榮獲2010年諾貝爾物理學獎，從而掀起了石墨烯制備、改性和應用的全球研究熱潮。石墨烯在超級電容器、透明電極、鋰離子電池、傳感器、功能涂料和聚合物納米復合材料等方面的廣泛應用前景，極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性產業(yè)革命。
作為石墨資源大國和全球制造業(yè)大國，我國在石墨烯應用方面具有巨大的市場空間。為推動全球石墨烯產業(yè)化的進程，由中國石墨烯產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯盟、歐洲Phantoms Foundation和寧波市人民政府聯合主辦的“2014中國國際石墨烯創(chuàng)新大會”將于2014年9月1-3日在寧波喜來登國際大酒店召開。這是全球首次以推動石墨烯產業(yè)化為目的召開的國際性會議，與以往學術會議不同的是，分會設置立足于石墨烯的各個應用領域，力求讓科學家和企業(yè)家就該領域的商業(yè)化前景實現深入交流和對話。而其中會場C：石墨烯基材料應用探索截至到目前參會者人數為154人。
石墨烯是一種由碳原子緊密堆積而成的二維晶體，具有神奇的電子傳輸、導電、導熱和機械等特征！為此特設分會場就其在高頻電子、光電領域、傳感器、柔性電子等幾大領域中的前景、應用、技術瓶頸等做深入討論。
一、C1石墨烯在高頻電子領域的應用
石墨烯擁有比硅更高的載流子遷移率，是一種性能非常優(yōu)異的半導體材料，電子在石墨烯中的運行速度能夠達到光速的 1/300，比在其他介質中的運行速度高很多，且只產生很少熱量。石墨烯的這種特性尤其適合于高頻電路，使用石墨烯作為基質生產出的處理器能夠達到 1THz（即1000GHz）。美國IBM與韓國三星尖端技術研究所（SAIT）分別在2010年12月舉行的半導體制造技術相關國際會議上發(fā)布了通道層使用石墨烯的高速動作性RF電路用FET（電場效應晶體管）。IBM于2014年初利用主流硅CMOS工藝制作了世界上首個多級石墨烯射頻接收器。美國佐治亞理工學院的研究結果表明用石墨烯制作的天線非常適于利用頻率在0.1THz到10THz之間的電磁波，即“太赫茲波”的無線通信，有望用于制作一般金屬天線無法實現的約1m長太赫茲無線模塊。
為了深入探討石墨烯在高頻電子領域應用的市場前景和技術瓶頸，大會專設了“C1石墨烯在高頻電子領域的應用”分會，并邀請國內外從事石墨烯高頻電子研發(fā)的著名專家與與會代表進行交流互動，中科院微電子研究所金智研究員將擔任分會中方主席外方主席由Dr. Albert Cabello（Universitat Politècnica de Catalunya, Spain ）擔任，中國電科13所專用集成電路國家級重點實驗室馮志紅做相關報告。
二、C2石墨烯在光電領域的應用
石墨烯具有理想的內部量子效率，幾乎每個被石墨烯吸收的光子都會產生電子空穴對，而原則上這些電子空穴對都能轉換成電流。石墨烯能吸收所有顏色的光線，且反應時間極短，意味著石墨烯器件可望在速度上超越現行的光通訊器件。IBM在2012年展示了可在THz級頻率有效運作石墨烯光電器件。美國麻省理工學院的研究人員透過在兩層鐵電材料間夾進高遷移率的石墨烯薄膜，實現了可直接在光信號上操作的太赫茲級頻率芯片。中國泰州巨納新能源有限公司于2013年12月推出了其研制的全球手臺商用石墨烯飛秒光纖激光器。
為了深入探討石墨烯在光電應用領域的市場前景和技術瓶頸，大會專設了“C2石墨烯在光電領域的應用”分會，并邀請國內外從事石墨烯光電應用研發(fā)的著名專家與與會代表進行交流互動，武漢大學的廖蕾教授將主持本分會。廖蕾教授從事石墨烯高速半導體器件的研發(fā)，已經在包括Nature, PNAS, Nano Lett., Adv. Mater.等國際知名期刊上發(fā)表了近70多篇論文，被引用次數超過2000次。
分會外方主席由Frank Koppens, ICFO擔任，Jie Sun, Chalmers University of Technology-Sweden做相關報告
三、C3石墨烯在傳感器領域的應用
石墨烯的原子都在表層上，信號的靈敏度可以提高幾個數量級。碳原子鍵長很短，使其結構非常穩(wěn)定。因此，石墨烯作為光學、化學、生物傳感器的優(yōu)良材料，已用于構建光學、電化學及場效應傳感器、細胞標記及實時監(jiān)測等。新加坡南洋理工大學成功研制了石墨烯光學傳感器，捕捉光線的能力比傳統(tǒng)傳感器強1000 倍，耗能低10 倍，可以在光線較少的情況下捕獲更清晰的照片。美國科學家最近利用石墨烯開發(fā)出只有指甲蓋大小的紅外線圖像傳感器，能夠集成到隱形眼鏡或手機當中，未來有望在軍事、安保、醫(yī)學等多個領域獲得應用。
為了深入探討石墨烯在傳感器領域應用的市場前景和技術瓶頸，大會專設了“C3石墨烯在傳感器領域的應用”分會，并邀請國內外從事石墨烯傳感器研發(fā)的著名專家與與會代表進行交流互動，Linyou Cao, North Carolina State University (USA)和中國科技大學的朱彥武教授將擔任分會主席。朱彥武教授較早即開始了應用石墨烯作為透明電極和超級電容器電極材料的基礎研究，Linyou Cao教授的研究則關注于二維材料的光物理和光化學。
四、C4石墨烯在柔性電子領域的應用
電子設備的柔性化、可折疊、可穿戴已經越來越成為未來電子技術的發(fā)展趨勢。石墨烯由于其優(yōu)異的導電、導熱，以及極高的強度和韌性，加上其透明透光的特征，使其成為制作柔性電子器件的理想材料。三星、蘋果等都在石墨烯柔性顯示領域發(fā)力，另外來自美國的藍石公司、國內的二維碳素、重慶墨烯等都均已制備出大尺寸石墨烯柔性顯示屏，有望制備出最終的可折疊筆記本電腦或者手機等電子產品。國際上多個團隊合作開發(fā)的一種采用石墨烯和碳納米管復合纖維材料的超級電容器，十分柔韌，可以編織進衣物、雙肩包、鞋子等，使其成為可穿戴電力系統(tǒng)，真正替代便攜設備的電池，而且這款設備的充放電次數可以超過1萬次。
為了深入探討石墨烯在柔性電子領域應用的市場前景和技術瓶頸，大會專設了“C4石墨烯在柔性電子領域的應用”分會，并邀請國內外從事石墨烯柔性電子領域應用研發(fā)的著名專家與與會代表進行交流互動，Teng Li, University of Maryland (USA)和浙江大學的林時勝博士將共同主持本分會。林時勝博士曾在Andre Geim課題組從事博士后研究，08年至今在Nano Letters、Nanotechnology等期刊上發(fā)表過30篇SCI論文，被引用400余次。Li Teng副教授在柔性微米納米結構的電子、力學性能有深入的研究。
五、C5石墨烯在生物相關領域的應用
石墨烯在生物醫(yī)藥領域應用潛力巨大，比如可以用于藥物載體、基因測序、生物傳感器等等。由于石墨烯具有單原子層結構，其比表面積很大，非常適合用作藥物載體。研究表明，功能化的石墨烯材料可望用于可控釋放及靶向控制的藥物載體，在生物醫(yī)藥和生物診斷等領域有很好的應用前景。比如以可溶性石墨烯作為藥物載體，實現了抗腫瘤藥物阿酶素(DXR)在石墨烯上的高效負載。由于石墨烯具有很高的比表面積，DXR的負載量可達2.35 mg/mg，遠遠高于其它傳統(tǒng)的藥物載體。此外，石墨烯還可以用于基因測序。美國賓夕法尼亞大學的研究小組利用電子束技術，在石墨烯膜上燒灼出納米大小的小孔，在電場的作用下，微小的DNA鏈就可以穿過這些孔洞。通過電子測量手段檢測DNA的易位，再根據DNA的4個堿基各自獨特的“電子簽名”，就可以快速完成DNA測序。
為了深入探討石墨烯在生物領域應用的市場前景和技術瓶頸，大會專設了“C5石墨烯在生物相關領域的應用”分會，并邀請了國內外從事石墨烯生物領域應用研發(fā)的著名專家與與會代表進行交流互動，Arben Merkoci, ICN2 (Spain)和青島大學的劉敬權教授將共同主持本分會。
六、C6石墨烯在海水淡化領域的應用
石墨烯可以應用于海水淡化領域。通過精確控制多孔石墨烯的孔徑并向其中添加其他材料的方法，這種特制的石墨烯就如同篩子一樣能快速地濾掉海水中的鹽，而只留下水分子。該工藝的關鍵是非常精確地控制石墨烯孔洞的大小，最理想的大小是1納米。同目前海水淡化最常用的是反滲透技術相比，在相同的壓力下，新技術在過濾速度上可比反滲透薄膜技術快數百倍，而如果控制在同樣過濾速度下，則采用石墨烯的能耗要低得多。中科大和曼徹斯特大學合作研究的結果表明，水環(huán)境中的氧化石墨烯薄膜與水相互作用后，會形成約0.9納米寬的毛細通道，允許直徑小于0.9納米的離子或分子快速通過，而直徑大于0.9納米的離子被完全阻隔。該篩選效應比傳統(tǒng)的濃度擴散快上千倍?；谠撛恚型圃煲粋€在幾分鐘內即可將一杯海水淡化成飲用水的過濾裝置。
為了深入探討石墨烯在海水淡化領域應用的市場前景和技術瓶頸，大會專設了“C6石墨烯在海水淡化領域的應用”分會，并邀請了國內外從事石墨烯海水淡化領域應用研發(fā)的著名專家與與會代表進行交流互動，Zhenhai Xia, (University of North Texas (USA)和常州大學的賈寶平教授將共同主持本分會。Dr. Bingqing Wei Professor，Department of Mechanical Engineering，University of Delaware，Newark, DE 19716, USA做相關報告。
七、C7石墨烯在太陽能電池領域的應用
石墨烯擁有極高的載流子遷移率，極高的強度，以及它幾乎是透明的（2.3％的光可被吸收；97.7％的光可被傳輸），而且不同于典型的光伏材料僅對特定頻率或顏色的光發(fā)生反應，石墨烯對光發(fā)生反應的范圍非常寬，這些都使它成為光伏太陽能電池理想的候選材料。獲得轉換效率非常高的新一代太陽能電池也是石墨烯最被寄予厚望的應用實例之一。對于石墨烯透明導電薄膜代替ITO薄膜，太陽能電池廠商的期待或許要比觸摸屏廠商更高，因為石墨烯幾乎是唯一一種在紅外線波段仍能同時具有高透光率和高導電率的材料。日本富士電機控股株式會社于2014年3月份推出一款石墨烯太陽能電池用透明導電膜Eito，最大特性是可以實現對包括中遠紅外線在內的所有紅外線的高透明性。在加入一定添加劑之后的使用Eito導電膜的太陽能電池能量轉化率突破8.6%。
為了深入探討石墨烯在太陽能電池領域應用的市場前景和技術瓶頸，大會專設了“C7石墨烯在太陽能電池領域的應用”分會，并邀請了國內外從事石墨烯太陽能電池領域應用研發(fā)的著名專家與與會代表進行交流互動，來自意大利理工學院（IIT）的Francesco Bonaccorso教授和清華大學的朱宏偉教授將共同主持本分會。Francesco Bonaccorso教授是國際石墨烯知名學者，意大利科學院院士；朱宏偉教授也是國際碳材料知名專家，并獲國家發(fā)明專利11項，美國專利1項，出版學術著作2部，在Science、Nano Lett、Adv. Mater等期刊上發(fā)表論文100余篇，作為第2完成人獲得國家自然科學二等獎。
八、C8石墨烯在燃料電池領域的應用
由于石墨烯和氧化石墨烯以其獨特的超薄片層結構、具有超大比表面積以及優(yōu)良的熱導電導特性而被應用于燃料電池中，而被認為在制備高性能燃料電池催化劑方面具有重要的潛在應用價值。石墨烯作為催化劑的載體，將催化劑粒子擔載在石墨烯的表面上可明顯降低催化反應的過電勢，利于催化反應的進行，并能有效提高催化劑活性、穩(wěn)定性以及貴金屬的利用率。目前研究人員對石墨烯負載鉑等一元貴金屬、二元合金催化劑進行了系統(tǒng)的研究，并且取得了良好的成果。
為了深入探討石墨烯在燃料電池領域應用的市場前景和技術瓶頸，大會專設了“C8石墨烯在燃料電池領域的應用”分會，并邀請了國內外從事石墨烯燃料電池領域應用研發(fā)的著名專家與與會代表進行交流互動，來自國家納米中心的智林杰研究員將主持本分會。智林杰研究員入選了中國科學院百人計劃，并已在國際著名的學術刊物如Nano Lett., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Small等上發(fā)表論文數十篇。
分會外方主席由Pedro Gomez, CIN2 (Spain) 擔任
九、C9石墨烯在催化劑領域的應用
石墨烯材料因為其優(yōu)異的性能被廣泛應用催化劑領域，研究最多的就是石墨烯作為燃料電池中金屬催化劑的載體材料，同時對石墨烯和氧化石墨烯材料進行一定的處理和改性，也具有良好的催化活性。石墨烯催化劑性質穩(wěn)定,易與反應產物發(fā)生分離,可以在較低的反應溫度下活化有機小分子的C－H 鍵,并且轉化率和選擇性都比較高。在某些反應體系中石墨烯可以替代貴金屬催化劑,且還可以實現化學反應的綠色化。如通過氮摻雜石墨烯可以催化還原硝基苯酚，該催化劑活性與常用的貴金屬相當，價格便宜，可重復使用。另外作為催化劑,氧化石墨烯可以催化多種類型的反應,其含氧基團一般作為氧化石墨烯的活性中心。而且通過進行氮摻雜并優(yōu)化摻雜程度和結構，可以大幅提高催化劑的電化學性能。
為了深入探討石墨烯在催化劑領域應用的市場前景和技術瓶頸，大會專設了“C9石墨烯在催化劑領域的應用”分會，并邀請了國內外從事石墨烯催化劑領域應用研發(fā)的著名專家與與會代表進行交流互動，來自上海交通大學的郭守武教授將主持本分會。郭守武教授在石墨烯的制備和應用探索方面取得了一系列突破，已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.,ACS nano等國際著名刊物上發(fā)表研究論文三十多篇，申請專利8項，分會外方主席由Maurizio Prato, (Italy)擔任。
