本章将讨论商业化应用的诸多方面,这些挑战既涉及石墨烯及其生产的技术问题,又涉及其经济效益问题。
将石墨烯生产从有潜力的原始状态发展至石墨烯生产,将为工业带来翻天覆地的变革,这一点早已被众多科研机构以及政府部门提上日程。如此一来,不仅将未来技术引入一个全新格局,届时还将更快地生产出更薄、更坚固、灵活且能广泛应用的石墨烯产品,而且也能为投资赢来高回报。
经济发展伴随着技术进步。而当今的经济形势更加需要既通用又可靠的技术,这样才能增大获取成功的可能性。但问题是:石墨烯是否为通用的技术材料?石墨烯是否能给当今工业带来翻天覆地的变化?对此,当我们看到大量的专利时,得到的答案是肯定的。但是,亟待解决的最大问题是能有多少应用或专利得以使用,又有多少能达到预期标准。幸运的是,目前针对石墨烯适用于工业化应用的现象研究以及开发活动无疑给未来几年对石墨烯领域的开发打下了一剂强心针。
高导电性、电子以及空穴的高迁移性、高导热性、高杨氏模量以及在众多石墨烯层上这些特性的依存性,都是石墨烯最宝贵的特性。正因如此,石墨烯才吸引了科学家和技术人员的目光,以此进行大规模生产大型石墨烯片的开发活动,这从商业角度看也具有可行性。让我们把目光迅速转移至即将进入市场、以石墨烯为基础的产品,这可以让我们深入了解石墨烯在新兴工业的重要地位。而未来的商机便潜伏在能源管理(使用石墨烯获取太阳能)、混合电子产品/柔性电子产品(利用石墨烯的高导电性)、透明导电膜(取代导电玻璃)、显示器能源/超级电容器(储能超过300~400F/g的大容量直流电源)、光伏(为染色敏化太阳能电池以及有机柔性太阳能电池开发导电透明电极)、热量管理(利用石墨烯的高导热性,在电子线路中将石墨烯作为一块散热片)等领域中。
为开发石墨烯的潜力,政府部门、各大企业及私人投资者都在资助有关石墨烯的研究,以期加快工业产品的开发来实现其商业化价值。考虑到石墨烯的诸多应用,最大的挑战莫过于大批量生产具有预计层数的高质量石墨烯,以及生产以石墨烯为基础的材料。(www.daowen.com)
假如专利是商业发展的一个指标,那么石墨烯的发展并没有滞后,因为从2008年开始,石墨烯合成已吸引到各方的关注。根据汤普森创新(Thompson In-novation)数据库显示,美国以31.76%的专利数量高居榜首,韩国(19.20%)位居第二,还有中国(10.35%)、中国台湾(2.58%)、德国(1.88%)、法国(0.70%)、澳大利亚(0.47%)、加拿大(0.47%)、英国(0.70%)以及其他国家和地区(1.17%)。但任何一国都不应以拥有较少分量的专利而感到灰心丧气,因为这其中有多少专利能被工业家真正用于大批量生产也同样十分重要。既然我们无法获取这方面的数据,也就无从给出图示。但毫无疑问的是,专利数量在全球该领域的受益程度以及重要地位方面的确是一个指标。就全球相关的专利权人而言,汤普森创新数据库分析显示,学术/研究机构以及个体研究者占据主导地位,占50%的专利权。而在整个行业中,三星集团(Samsung Group)是领军公司,其余的带头公司则是格尔德殿工业公司(Guardian Industries Corp.)、日立有限责任公司(Hitachi Ltd.)、美国纳米技术仪器公司(Nanotek Instru-ments),惠普有限责任公司(Hewlett Packard Development Co.,L.P.)、富士通有限责任公司(Fujitsu Ltd.)、国际商业机器公司(IBM Corp)等。
为将石墨烯的潜在应用转化为电子装置、高效能电池、超级电容器、多功能复合材料等,各大公司与研究所或大学间的协作已经展开。在韩国与美国,这些合作力度最大。而其中合作最活跃的公司莫过于三星电子公司(Samsung Elec-tronic Corp.)。它的合作对象有成均馆大学(Sung kyunkwan University)、汉阳大学(Hanyang University)以及美国小利兰·斯坦福大学(Leland Stanford Jr.University)。
对石墨烯的研究兴趣始于2004年,而迄今为止也只有十多年的时间。在这期间,科学家、技术人员以及企业家们早已想方设法地将石墨烯变为可使用的工业产品。但在发现石墨烯能用于市场的商业产品之前,它必须经历一段很长的时间。然而,当检视发表在国际期刊上的研究标题和专利本质时,将石墨烯视为最终帮助缩小电子电路进而缩小电子产品的这一评估就并非空穴来风了。
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