石墨烯——雄霸未來市場的材料

2004年一個周五的傍晚，曼徹斯特大學科學家安德烈·海姆和康斯坦汀·諾沃肖洛夫，在做一個有趣的實驗，這個實驗使他們獲得了極高的聲譽。

以前，海姆曾經在實驗磁場中讓老鼠飄浮起來，因而獲得了一個微不足道的獎勵。這次，兩位教授像玩游戲一樣拿著透明膠帶，把它們黏貼在普通的石墨上，然后又小心翼翼地把膠帶連同薄薄的一層石墨揭下來。

這兩位俄羅斯出生的物理學家所做的只是一件非常簡單的事情。這件事很多人過去都做過，但是卻失敗了。然而就是這樣一件看似簡單的事情，卻能夠在極大程度上改變未來。

就是這樣一層薄薄的石墨，一旦分離出來，就會發現它具有一系列革命性的特性：導電速度超過硅的100倍；強度超過鋼的200倍……整個科技界對海姆和諾沃肖洛夫做出的貢獻極為贊賞，并授予他們2010年度諾貝爾物理學獎。諸如三星、IBM和英特爾之類的投資者和商業公司，開始意識到石墨烯的應用大大有利可圖。

今后20年的創新遠景

當然，此類的技術突破以前也曾出現過，但在走出實驗室，在生產實踐中發揮潛能以前，那些技術都漸漸消失了。

就如上世紀90年代，碳納米管也曾火爆一時，但在科學家和風險投資者中同樣都沒有紅火起來。問題在于，石墨烯是會像某些人想的那樣，成為材料科學的一次大飛躍，還是只是像碳納米管一樣，僅僅是一種科學規劃，缺乏有生命力的商業實用價值？

“我們已經看到，碳納米管之類的納米材料，有著很好的性能，卻不能進入市場，為投資者帶來回報?！崩湛怂寡芯克Y深評論家、《石墨烯能夠成就下一個硅谷嗎……或者只是另一個碳納米管？》一文的第一作者Ross Kozarsky說：“碳納米管的教訓是它存在著大量炒作，大公司和小創業公司投入了大量資金，卻毫無效益。”

2010年以來，石墨烯平步青云，被稱為材料行業中有支柱作用的材料。但是正如人們每天都在做的事情一樣，它通常要用好多年，有時候甚至是幾十年的時間，才能進入生產領域。

最近訪問曼徹斯特大學時，我看到這所大學仍然是石墨烯的“革命”基地，物理學家和技術人員正在努力使自家的創新技術走出實驗室，步入生產市場。

要做到這一點，他們需要開發涉及石墨烯的“殺手級軟件”，“軟件”要比現有技術具有更明顯的優勢——不需要花太多的制造費用。

最近發表在《科學》雜志上的一篇科學研究文章展望了石墨烯的前景。

文章說，研究人員為石墨烯制定了路線圖，展望了它在今后20年的創新遠景。他們認為，有彈性的消費市場前景將在3年內出現。真正廣泛地應用于電子產品，比如超高速、低能耗信息處理機和記憶芯片，形成成熟的商業市場，則需要10年時間?，F在的觸摸屏使用的是銦錫氧化物，研究人員認為石墨烯靈活的機械性能和穩定的化學性，在這方面具有很大優勢。

現在，石墨烯應用于高科技電子產品正處于關鍵時期。科學家用盡了各種招數，使事情按照摩爾定律來進行。

因為電子出現不穩定性，就像滴在灼熱平底鍋上的小水滴，硅線路越小，毫微紊亂就會出現得越多?？茖W家認為，石墨烯量子的機械性有可能提供一種方法，使電子產品向著超小、高速，超低能耗等多樣性數碼電子方向發展。這樣就能集石墨烯的三種優點于一身，制造出鹽素體晶粒醫用傳感器，在流動血液中檢測出癌變細胞。

當下石墨烯的市場主要是在研究上

如上所說，石墨烯大量專利項目已經在全世界發布，所以不僅僅只是曼徹斯特大學的研究人員在致力于石墨烯的研究與應用。據英國劍橋知識產權公司（CambridgeIP）透露，三星公司率先行動，一攬子購買下407項石墨烯專利和應用程序，IBM 公司購買了134項。

三星公司曾與索尼公司一起，投入大量資金，研究使用石墨烯制造高靈敏度電子觸摸屏。但是，盡管公司已經推出了以石墨烯為材料的柔性顯示器的宣傳視頻，可至今卻沒有正式產品展出，而索尼公司連宣傳視頻也還沒有。

作為芯片產業的領軍者，英特爾公司也認為石墨烯是一種很有前景的材料，但是還要做進一步的研究。當下他們正在和大學進行合作研究。英特爾公司認為，至少在5年之內，石墨烯還不具有實際應用價值。

然而，一批石墨烯產業創業公司卻大膽宣稱，廉價、優質的石墨烯產品已經開始投放市場，其中包括石墨烯技術公司、Grafoid公司、國家納米材料公司、Xolve公司和Haydale公司等。

Kozarsky說，要評價他們做得怎樣，還為時尚早。去年，勒克斯研究公司瞄準了石墨烯市場，但營業額少得可憐，只有900萬美元，到2020年預計也不過只能達到1.26美元。

石墨烯產品大多是粗制濫造的，更多是用來做研究之用的石墨烯。當下石墨烯的市場主要是在研究上，根據曼徹斯特大學的估計，全世界的公司和學術研究中心2012年花在研究上的費用大約是10億美元。

石墨烯優勢顯著

用石墨烯制造儀器，有一大優勢。它是一個薄片，不會像碳納米管那樣自己來回滾動。把薄片隨時彎曲起來并不那么容易，但是起碼有理由認為，它不會像納米管那樣，因缺少原料而阻礙生產。

“形成石墨烯規模生產，還有很多事情要做?！甭鼜厮固卮髮W國家石墨烯研究所項目經理Ivan Buckley說：“但是，石墨烯最大的挑戰是……如何把石墨烯超導、高強度和光學的優異性能作為整體駕馭起來，只有這樣才能研制出超常產品。”

一旦科學家們學會了在產品中駕馭石墨烯無可匹敵的性能，他所說的超常應用將有可能在今后10年內出現。

“在很多方面，石墨烯都是理想的導電材料——它有著高導電性能和重量極輕的特點?！甭鼜厮固卮髮W教授、化學研究者Rob Dryfe說：“而這些，正是任何大的能量都能塞進一個小薄片中的關鍵所在——石墨烯就可以自主排除其中的障礙?！?/p>

IBM公司的Avouris認為，石墨烯的兆赫級導電能力，可以解決醫療領域的很多問題，比如傳感、醫學造像和短距離傳輸等。而公司也正在致力于研究高頻石墨烯晶體管和兆赫級電子儀器。

兆赫頻率處于紅外線頻率和微波頻率之間，所以它具有應用于成像和傳感的潛能。Avouris說：“顯而易見，無線頻率是石墨烯應用的領域之一，在這一領域它可以發揮重大作用?！?/p>

幾年前，在國會聽證會上，Darpa對決策者說，因為石墨烯有著軍事革命的應用潛力，所以應該優先發展。

在軍事裝備中，破壞力最強的屬高頻雷達，其威力是現在雷達的10到15倍，它可以探測到敵方的設施，從而提供對抗防御措施。軍事代理商對石墨烯也極感興趣，它在制造用于軍人的輕型耐久電池方面有著極大應用潛力。

最緊迫需求是柔性顯示器的應用

所有這些聽起來是不是讓人心潮澎湃，石墨烯發展前景非常壯觀。但是有那么多選擇，哪一個市場才是你投資的首選？

一個參考意見是，看一看材料發展史，如尼龍發展的歷史，可能對你有所幫助。尼龍從研發開始，僅僅用了幾年的時間就形成了規模市場，那是因為它有直接的市場方向：女人的針織品。

圣約翰大學助理教授、《新材料革命：全球化時代技術和經濟的發展》的作者Sanford Moskowitz說：“有應用前景的材料是以最短的時間和最便宜的價格投入市場的材料，這樣的材料往往最容易取得成功?！?/p>

Moskowitz指出，相比之下奧綸和滌綸都是上世紀50年代研發出來的，但是它們用了好多年才被工業采用，因為它們有太繁多的應用項目。

根據諾沃肖洛夫的路線圖，市場對石墨烯的最緊迫的需求是在柔性顯示器的應用上。你可以想象得到，一個到處都是觸摸屏的世界，人們都在專注地等待著盡快出現一個顯示器的大改進。

是的，大規模的材料生產需要時間，但是起碼不會像碳納米管那樣，中途受阻。石墨烯的商業化時代就要到來，在曼徹斯特大學之類的地方，越來越感覺到石墨烯會成為推動英國走在21世紀科技尖端的領軍者。

曼徹斯特的石墨烯粉絲們，喜歡引用諾貝爾獎委員會2010年對這一跨世紀制造業創舉的評語：“石墨，是地球上所有已知的生命的基礎，現在它又一次使我們感到吃驚?！?/p>

（文章選自《連線》雜志 譯者：吳士異）