石墨烯作爲第一種被發現的二維材料,自2004 年問世以來,就迅速吸引了世界範圍內的廣泛關注和研究興趣。盡管已經15年過去,但是,石墨烯以及相關二維材料的研究依然熱度不減,新興研究領域不斷被開拓。在當前新一輪産業升級和科技革命大背景下,新材料産業必將成爲未來高新技術産業發展的基石和先導,對全球經濟、科技、環境等各個領域發展産生深刻影響。中國是石墨資源大國,也是石墨烯研究和應用開發最活躍的國家之一。
石墨烯作爲一種碳基新材料,具有良好的光、電、熱、力性能,在電子信息、新材料、新能源、生物醫藥等領域具有廣闊的應用前景,正成爲全球新技術新産業革命的焦點。目前,全球已有80多個國家投入石墨烯材料研發,美、英、韓、日、歐等更將石墨烯研究提升至國家戰略高度。本文將爲大家介紹當前研究領域領先的世界五大石墨烯研究中心及中國的頂尖石墨烯研究機構。
一、曼徹斯特石墨烯國家研究院
石墨烯問世于曼徹斯特大學,2010年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈•海姆和康斯坦丁•諾沃肖洛夫因石墨烯研究方面的成就獲得當年諾貝爾物理學獎。作爲石墨烯的誕生國,英國看到了石墨烯這種超級材料的無限發展前景。瞄准新一輪産業革命,2011年,英國政府決定在曼徹斯特大學建造國家石墨烯研究所(National Graphene Insttitute,NGI)。2015年3月,耗資6100萬英鎊的NGI正式挂牌成立。
投資CGC的主要目的在于填補兩個方面的空白:(1)面向工業生産,研究中試工藝設備體系,測試與優化基于石墨烯、納米材料以及其他新型2D材料的噴墨打印技術;(2)面向自供能、無線互聯等對能源存儲的要求,研究基于透明柔性基地的智能集成器件。利用石墨烯和其他相關材料賦能新型柔性、節能電子、光電器件是上述工作面臨的核心挑戰。
爲逐步攻克上述難關,CGC從四個大方向布局2D材料相關研究:(1)材料的生長、轉移和打印;(2)能源應用;(3)器件互聯;(4)傳感器應用。
2019年劍橋大學納米科學中心Colm Durkan博士在《Adv. Mater》期刊提出了一種簡單有效的解決方案,用于去除石墨烯表面上的PMMA殘留物。
2017年,西班牙光子科學研究所首次制備出高分辨率石墨烯-量子點CMOS成像傳感器。 2019年,上述課題組累計發文15篇,Nature、PRL、ACS系列等頂刊近6篇,發文熱點主要集中在二維材料納機電振子、魔角石墨烯和石墨烯光電領域。、
在能源方面,ICFO旨在探索石墨烯在半透明光伏器件中的可行應用途徑,並通過新型功能材料和納米結構的應用研發可再生能源器件。
在高精傳感方面,ICFO的研究重點是基于石墨烯納機電振子的超分辨質譜儀和光力系統,並行開展基于石墨烯的中紅外探測器、氣體探測器和應用于DNA、蛋白質等的生化傳感器。
在表面等離激元光子學方面,主要研究石墨烯等離激元的電調控與探測、基于石墨烯等離激元的光調制等等。
在基礎光學方面,主要研究納米量子光學、人造石墨烯、超快光學以及石墨烯非線性光學等。
在成像系統應用方面,ICFO主要研究能夠覆蓋深紫外-可見光-紅外的基于COMS工藝圖像傳感器。
在可穿戴應用方面,主要研究柔性、半透明的健康檢測系統,能夠有效檢測血氧等多健康參量。
在光電探測器方面,主要研究基于寬帶吸收的超寬帶探測器以及結合石墨烯、量子點和其他2D材料的集成探測器。
在柔性傳感器方面,主要研究石墨烯和其他2D材料賦能的柔性傳感器,包括光學傳感器、RFID、生化傳感器、氣體傳感器、柔性屏和抗菌、超潤滑表面等。
四、新加坡國立大學先進二維材料研究中心
2010年新加坡國立大學(NUS)宣布,它將設立一個新的研究中心,主要是集中在二維材料上(就像石墨烯)的研究。 所謂的“二維材料中心”(2MC)在未來10年裏將獲得國家研究基金會的4000萬美元的資金。
韓國三星綜合技術院(Samsung Advanced Institute of Technology,SAIT)隸屬于三星集團探索與發展事業集群,建立宗旨是“無限探求”(Boudless research for breakthrough)前沿科技,其核心使命包括:(1)爲新市場研究領先的或原創技術;(2)促進技術融合創新;(3)推動納米科技發展;(4)研究顛覆性技術。
未來10年石墨烯具有提升和變革若幹産業領域的巨大潛力,同時也有望在歐州和全球創造大量新增就業機會。因而,從技術角度審視石墨烯究竟對哪些具體産業領域更爲重要,這非常關鍵。
中國頂尖石墨烯研究機構之一 ——北京石墨烯研究院
北京石墨烯研究院(BGI)是在北京市政府支持下,由北京大學與中國建材集團、中國寶安集團等行業龍頭企業于2016年聯合發起成立的專注于石墨烯産業核心技術研發、高端研發代工服務、科技成果孵化轉化的新型研發機構;同時成立BGI科技股份有限公司作北京石墨烯研究院成果轉化與産業化推進載體。首任院長由國際著名納米碳材料專家、北京大學劉忠範院士擔任,並邀請諾貝爾獎獲得者、曼徹斯特大學康斯坦丁•諾沃肖洛夫教授擔任名譽院長。
北京石墨烯研究院對接産業發展和國家重大需求,布局石墨烯産業核心關鍵技術,踐行企業高端研發代工新型服務模式,培植一批石墨烯殺手锏級應用,孵化一批石墨烯高科技企業群,培育千億級石墨烯産業集群,打造我國石墨烯産業核心競爭力。
引領石墨烯産業的核心技術策源地、高科技産業創新機制與創新文化示範區、全球石墨烯高端人才彙聚地、石墨烯産業資源協同聚集體及創新創業高地。
目前,制備的石墨烯材料與理想還差得很遠,因此我最近經常講的是今天的石墨烯材料並不等同于未來的石墨烯材料,現在做的石墨烯,現在的用途未必甚至很有可能不會成爲未來産業的核心。而對于我們來說,需要把它做到極致,才能形成産業,制備決定未來,關鍵是能不能做出真正好的石墨烯材料。


