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石墨烯商业前景调查

Andrea C. Ferrari获得意大利米兰理工大学(Politecnico di Milano, Italy)核工程硕士学位,剑桥大学(Cambridge University)电气工程博士学位。目前,Andrea C. Ferrari是剑桥大学工程与纳米科学中心纳米技术教授、纳米材料和光谱组主任。

他是剑桥石墨烯中心主任、石墨烯技术博士培训EPSRC中心主任、欧洲石墨烯旗舰计划董事会执行主席、剑桥Pembroke学院研究员、美国物理学会会员、物理研究所研究员、皇家学会Wolfson研究奖获得者。

他的研究方向包括纳米材料的生长、建模、表征及器件,尤其是石墨烯、纳米管、类金刚石碳及纳米线在电子器件和光子器件方向的应用。

AC:您能向读者简要介绍一下剑桥石墨烯中心的历史,以及正在进行的研究吗?

AF:剑桥石墨烯中心成立于2013年2月,剑桥大学(the University of Cambridge)EPSRC投入资金超过1200万英镑。我们需要区分该中心的建筑和地理位置,以及石墨烯的研究工作。该中心的科学技术已经进行了好几年时间了。事实上,剑桥大学于2003年开始研究石墨烯,有关石墨烯的第一份研究成果发表于2004年。所以说,剑桥大学已经研究石墨烯有很长的一段时间了,但该中心作为正式的新机构成立于2013年。

AC:旨在石墨烯及2d纳米材料领域的剑桥石墨烯中心的主要目标是什么。

AF:你描述得很对,通常所有的石墨烯中心,至少在欧洲是这样,把石墨烯作为一个代名词,研究内容为石墨烯及所有的其他二维材料,包括石墨烯和2d材料的杂化体系、与聚合物的复合结构等等。

我们中心的长期目标是最终将石墨烯及相关材料从实验室走出去,带到工业中可应用的领域。那是我们的使命:从实验室到工厂。当然,我们并不是工厂。这意味着我们将决定某一个工业是否想要采用石墨烯。

AC:剑桥石墨烯中心目前的主要研究方向是什么?

AF:剑桥石墨烯中心相当大。在新的大楼里,我们有超过100个座位,有各式各样的人。另外还有30多名访问学者。

剑桥石墨烯中心的研究方向涉及石墨烯及相关2d材料的所有方面,从材料制备、生长,到它们的表征、以及其性质的机理研究,再到其在电子器件、光子器件、复合能源和电信、柔性可弯曲电子产品等领域的应用。以上这些就是主要的领域。

AC:你能总结一下剑桥石墨烯中心最新的进展吗?

AF:我们不断取得发展。每年都有几十篇石墨烯相关的学术论文或专著发表。最新的,比如说,一篇即将发表的论文利用石墨烯制成超快激光,其激光路径仅为26飞秒,意识到这种材料即使不是最快的激光,也是其中之一。

我们最近还发表了欧洲石墨烯及相关2d材料的科学技术路线图,用于描绘未来几年各行业中石墨烯及相关材料的应用。

我们还开发了一种表征石墨烯及其他2d材料结构的方法,用于描述层与层是如何相互反应,以及其他属性如何影响最终的结构。

另外,我们还发表了一项研究描述了一种具有非常大响应的新型探测器,比你常见的传统硅探测器的性能要优异得多。这些仅仅是我们最近研究成果中的一部分亮点。

AC:你同时也是欧洲石墨烯旗舰计划(European Graphene Flagship)的执行董事会主席。您能简要概述一下该组织吗?

AF:身为石墨烯旗舰计划的执行董事会主席,该机构拥有全球石墨烯及相关材料最高的预算,计划超过10年投入10亿美元,其中5亿美元直接来自于欧洲委员会(the European Commission)。

目前,该组织拥有142个合作伙伴,遍布全欧洲,包括几家公司。该组织的工作范围涵盖从电子器件到复合材料再到能源的一系列应用领域。

AC:2015年初,欧洲石墨烯旗舰计划发表了“石墨烯科学技术路线图”。你能解释一下这个石墨烯路线图是什么,以及如何运行吗?

AF:路线图是我们最好的理解,为了最终将石墨烯和相关材料从实验室带到工厂,在这个时刻需要实现什么步骤。另外,基于我们现在的理解,猜测什么是最重要的领域。

该路线图不同于工业中通常的路线图,工业上为了实现某些产品通常会指定一个路线图。这是自下而上的,来自学术界和工业界的各色人等聚集在一起,试图找出未来石墨烯技术该如何发展。

我们给出了各个领域中的发展时间框架和时间表,该文档发表时表达了我们最佳的理解。当然,随着时间的推移,路线图将得到改善,事实上,我们计划在2016年对路线图中的某些领域进行第一次升级,并从现在起至2024年,每两年对特定领域进行更新。

AC:你提到2024年是路线图的期限。是否说2024年有特殊的意义?

AF:是的,它是石墨烯旗舰十年计划的期限。该路线图是石墨烯旗舰计划于众多合作伙伴共同努力开发的。旗舰计划始于2013年10月1日,将于2023年10月终止,这就是我为什么说2024年的原因。2024年之后旗舰计划将完成。

基于这个原因,我们将注意力集中在旗舰计划开始直至其临时性结束的十年时间。理论上,旗舰计划在十年之期后可能继续延长,因为并没有要求它必须结束。然而在这一个点上,已经拨付了十年的资金。

AC:石墨烯的独特卖点是什么呢?

AF:我们了解石墨烯的USP已经很多年了。该计划并不是寻找其独特的卖点,因为事实上,存在很多已被很好理解和确认的石墨烯USP。该项目是要回答“我们如何确保将这些卖点转移到工作技术上,如何确保技术成本具有竞争力。”

需要了解的是,实验室研究与市场产品的开发之间的差异。举个简单的例子:

一个大学生可以生产一个屏幕(平板屏幕或柔性屏幕),但并不是所有的像素都能正常工作。这不是问题,因为仍然可以获得图像,也许该屏幕会在一段时间后褪色,但这也不是问题,因为物理机理可以解释。

开发阶段,可能要花上十倍的时间和十倍的投资,甚至可能更多。你需要确保所有的工作都是完美的,每一个独立的像素都可以在很长的一段时间内保持稳定。接着,你最后要确保新技术的成本与其他技术相比具有竞争力,不是指现在,而是将产品投入市场的时候。

所以,为了将新材料投入市场,有很多的障碍需要克服,那些对于科学和严格的技术本质而言不是必须的,但对于经济及其他基础形式而言可能意味着更多。所以说,USP是清晰的。挑战在于“如何确保USP真正的转移并沉积于市场上?”

AC:石墨烯这种“神奇材料”能够完全商业化之前,石墨烯产业面临的最大挑战是什么?

AF:面临的挑战是要清晰的认清石墨烯领域不仅仅是增量的领域,而且是真正实现全新的应用。因为目前的技术并不是静态的,在发展过程中总是有风险的。

一直在开发新的增量技术,目前的技术也得到不断发展。接着就是成本问题,目前的技术已经得到实施,成本也已经降低。

随着时间推移,成本高昂的设备已经折旧严重,这需要考虑。因此,挑战在于确保找到能够真正应用新的石墨烯产品的领域。

AC:你是在什么时候认为我们可以对石墨烯能够实现完全商业化做出一个判断?我们又将如何判断石墨烯是否已经成为下一个硅或下一个碳纳米管?

AF:这存在很大的不同。对于软件而言,如果我们观察几个大学生在大学校园里创建的Facebook,两年之后成为了一家大公司,十年之后,公司估值十亿美元。那是软件,而不是硬件,它甚至不是一个可以投入市场的新器件。

我现在谈论的是材料,用以生产新器件,然后不得不投入到市场上。所以说,如果你翻越新材料的历史,会发现它们从开始到新器件投入市场,通常需要花费20~40年时间。如果我们以2004年作为开端,为认为在2024年之前我们无法对石墨烯做出任何重大的判断。

我认为在那个阶段,我们可以真正的看一看这种材料,真正的说它是成功还是失败。已经有迹象表明,石墨烯正逐步进入市场。一个著名的例子是HEAD网球拍及其他装备。还有一家公司,叫做Vittoria,最近推出了一款石墨烯的自行车轮胎。

AC:我们的读者在哪里可以了解更多关于剑桥石墨烯中心和欧洲石墨烯旗舰计划的消息呢?

AF:剑桥石墨烯中心的网站是www.graphene.cam.ac.uk。石墨烯旗舰计划的网站是www.graphene-flagship.eu

和伍复材

 
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