未來競爭僅一層石墨烯之隔

石墨烯是最近幾年才發(fā)現(xiàn)的炭材料新成員，其完美的二維結(jié)構(gòu)和許多奇特的性質(zhì)，引起了科學(xué)家和各硬件廠商的極大興趣。

石墨烯所蘊(yùn)含的無限潛力，使得三星、蘋果和谷歌等公司開始積累各種與之相關(guān)的專利，準(zhǔn)備展開一場戰(zhàn)略層面的知識(shí)產(chǎn)權(quán)競賽，以圖在下一代智能設(shè)備，即所謂的可穿戴計(jì)算設(shè)備市場競爭上戰(zhàn)勝對(duì)手。

三星公司4月29日發(fā)布的第一季度收益顯示，它的Galaxy設(shè)備需求遠(yuǎn)超出分析師的預(yù)期，并在4月份已經(jīng)在125個(gè)國家出售Gear 2 和Gear 2 Neo 智能手表。

谷歌于2012年開始谷歌智能眼鏡的原型設(shè)計(jì)，并于今年4月份舉辦了一天的閃銷會(huì)，使得消費(fèi)者能夠以1500美金的價(jià)格購買谷歌眼鏡。

據(jù)稱蘋果也在準(zhǔn)備推出類似手表的可穿戴設(shè)備iWatch。

石墨烯可以被用于三個(gè)產(chǎn)品種類，手機(jī)、記憶芯片和TV電視。而在全球消費(fèi)電子產(chǎn)品市場份額上，谷歌、蘋果、三星瞄準(zhǔn)的恰好是這三類產(chǎn)品，也許未來的消費(fèi)電子產(chǎn)品市場劃分，僅為一層石墨烯之隔。

柔性顯示讓三星在石墨烯上更著急

石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料，是已知材料中最薄的一種，質(zhì)地非常牢固堅(jiān)硬；石墨烯的導(dǎo)電能力比硅快100倍，它的導(dǎo)電性能像銅一樣優(yōu)秀，可以大幅提升半導(dǎo)體的速度，對(duì)大電流密度的耐受性又比銅好；石墨烯的導(dǎo)熱性能比已知的任何材料都要出色；石墨烯很透明，垂直入射的可見光只有很小一部分(2.3%)會(huì)被石墨烯吸收，而絕大部分的光都會(huì)透過去；石墨烯又很致密，連氦原子(最小的氣體分子)也不能穿過去。

這些源于量子力學(xué)的神奇電學(xué)、光學(xué)特性，決定了石墨烯材料非常牢固和靈活，對(duì)于柔性智能手表及可折疊成智能手機(jī)的平板電腦等未來的電子設(shè)備來說，是制造可彎曲觸摸顯示屏的理想材料，因此掌握了石墨烯的開發(fā)技術(shù)就有可能成為公司未來在電子設(shè)備市場發(fā)展的關(guān)鍵。

三星期待能更快速地找到石墨烯的商用合成技術(shù)，未來可裝備在可穿戴設(shè)備及下一代電子設(shè)備的柔性屏幕上，使自己在市場競爭中占據(jù)主動(dòng)地位。

據(jù)手機(jī)報(bào)了解到的信息，三星發(fā)布的石墨烯專利，已遠(yuǎn)超過其他競爭對(duì)手。根據(jù)美國專利商標(biāo)局(U.S. Patent and Trademark Office)的數(shù)據(jù)顯示，三星在美國擁有38項(xiàng)專利以及至少17個(gè)在發(fā)明簡介中使用了單詞“石墨烯”。 三星在這場石墨烯的知識(shí)產(chǎn)權(quán)競賽中，暫時(shí)處于領(lǐng)先地位。

蘋果目前已擁有至少兩項(xiàng)與石墨烯相關(guān)的技術(shù)。

谷歌、IBM、富士康等公司均已注冊了石墨烯專利。

石墨烯產(chǎn)業(yè)化艱難

盡管石墨烯的研發(fā)如火如荼，在學(xué)術(shù)界、企業(yè)界和資本市場備受追捧，但目前制備石墨烯的技術(shù)工藝還不成熟，沒有達(dá)到一致性的品質(zhì)，而且成品面積都非常小，不能適應(yīng)工業(yè)化應(yīng)用。

旭日移動(dòng)終端產(chǎn)業(yè)研究所認(rèn)為各國在石墨烯材料上，都還處在研發(fā)階段，僅止步于專利布局，產(chǎn)業(yè)鏈并沒有形成，對(duì)石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研機(jī)構(gòu)的研究應(yīng)用。如何大規(guī)模制備高質(zhì)量、大尺寸、低成本的石墨烯是產(chǎn)業(yè)化亟待解決的問題。

三星曾于2010年6月宣布與韓國成均館大學(xué)（Sungkyunkwan University）的研究人員，利用化學(xué)氣相沉積的方法獲得了對(duì)角長度為30英寸的石墨烯，并成功將其轉(zhuǎn)移到188微米厚的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，簡稱PET)薄膜上，這一消息令全球震驚，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)數(shù)十厘米對(duì)角線大小的石墨烯片一直是人們的夢想。

然而由于純凈石墨烯的載流子遷移率較高，但同時(shí)載流子密度卻非常小，因此由兩者乘積所決定的導(dǎo)電率未必較高。為解決這一問題，需要摻入提供電子和孔洞的雜質(zhì)，也就是說需要進(jìn)行摻雜加工。 成均館大學(xué)和三星等開發(fā)出的巨大石墨烯片由于最初的摻雜物（Dopant）隨著時(shí)間的流逝會(huì)逐漸消失等，因此導(dǎo)電率的不穩(wěn)定，不能使用在最終的商品上。

各方的進(jìn)度

大陸目前在石墨烯研究方面，研究群體很大、研究成果也很多，浙江大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國科學(xué)院金屬研究所、中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、上海交通大學(xué)、東南大學(xué)、天津大學(xué)等高校及科研機(jī)構(gòu)在石墨烯的制備及應(yīng)用領(lǐng)域申請(qǐng)了眾多專利。據(jù)手機(jī)報(bào)了解，國內(nèi)機(jī)構(gòu)共申請(qǐng)石墨烯相關(guān)的發(fā)明專利超過3000項(xiàng)，其中400多項(xiàng)已經(jīng)獲得國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的專利授權(quán)，在與石墨烯相關(guān)的研究論文方面已經(jīng)超過美國，躍居世界第一。

但是這些專利和論文，主要都集中在石墨烯的制備和石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域，大都是在采用他人成熟的方法基礎(chǔ)上微創(chuàng)新，突出性、原創(chuàng)性成果很少。此外還有一個(gè)問題就是，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用相對(duì)薄弱，僅在導(dǎo)電膜上打轉(zhuǎn)，在石墨烯的生物、量子性能應(yīng)用等方面沒有進(jìn)展與突破。

2013年10月，歐洲委員會(huì)宣布將為長達(dá)10年的石墨烯研究和發(fā)展提供10億美金的初始資金。三星尖端技術(shù)研究所于4月4日表示他們在成均館大學(xué)的科學(xué)家合作后，已經(jīng)研發(fā)出將這種材料在芯片里的應(yīng)用商業(yè)化的方法。

在通道層采用石墨烯的高速晶體管開發(fā)方面最積極的企業(yè)之一是美國IBM公司。該公司曾于2008年開發(fā)出了第一個(gè)石墨烯晶體管，并在2010年12月的國際學(xué)會(huì)“IEDM 2010”上發(fā)布了柵長240nm、截止頻率為230GHz的石墨烯FET等，在相關(guān)研發(fā)活動(dòng)中一直位于領(lǐng)先地位。

在用于觸摸面板的石墨烯開發(fā)方面，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所也正在試制A4尺寸大小的石墨烯片和觸摸面板。其最大優(yōu)點(diǎn)在于與成均館大學(xué)的方法相比能夠在較低溫度下制備出石墨烯片，能夠采用卷對(duì)卷方式進(jìn)行包括CVD在內(nèi)的全部工序。

另外，富士通研究所、NTT物性科學(xué)基礎(chǔ)研究所和美國波音公司（Boing）與美國通用公司的共同研究機(jī)構(gòu)美國休斯研究所（HRL Laboratories, LLC）等眾多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)也都紛紛加入了開發(fā)競爭的行列。

除了采用純石墨烯外，意在擁有控制帶隙和導(dǎo)電率等其他特定功能而制作的石墨烯“親戚”也在迅速增多。許多物質(zhì)已經(jīng)有了新名稱。具體有使石墨烯氧化生成的“氧化石墨烯”、在石墨烯（Graphene）中添加氫使之變成像碳化氫一樣的“Graphane”。添加了氟的“氟化石墨烯（Fluoro Graphene）”或“GraFane”目前已經(jīng)被美國杜邦公司（Dupont）制成了氟化碳樹脂“Teflon（特富龍）”的2維薄片。

生物安全性沒有定論

盡管石墨烯在市場上具有無限潛力，但在其生物安全性問題上，尤其是體外細(xì)胞毒性上知之甚少，各研究機(jī)構(gòu)在石墨烯和石墨烯衍生物材料到底對(duì)細(xì)胞有沒有毒性作用上，意見不一。石墨烯及其生物效應(yīng)和安全性數(shù)據(jù)目前還很缺乏，對(duì)其可能存在的健康和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)尚不清楚，需要在分子、細(xì)胞以及整體動(dòng)物層次上，繼續(xù)深入研究石墨烯及其衍生物與生物體系的相互作用機(jī)制。

所以，當(dāng)韓國首爾國立大學(xué)的洪秉熙（Hong Byung Hee）教授表示正在發(fā)明大規(guī)模制造基于石墨烯的顯示屏的專利時(shí)，三星拒絕就對(duì)洪教授的專利是否感興趣做出評(píng)論，蘋果發(fā)言人克里斯汀·霍格特(Kristin Huguet)以及谷歌發(fā)言人馬特·卡爾曼(Matt Kallman)也都拒絕對(duì)此做出回應(yīng)。霍格特還拒絕透露蘋果公司有關(guān)石墨烯研究的細(xì)節(jié)。這些公司的態(tài)度，除了害怕卷入沒辦法量產(chǎn)穩(wěn)定產(chǎn)品的判斷失誤外，更怕沾染上使用沒有安全認(rèn)證材料的風(fēng)險(xiǎn)之中。至少，石墨烯如果用在與健康、醫(yī)療產(chǎn)品相關(guān)的可穿戴設(shè)備產(chǎn)品上，美國食品和藥物管理局的FDA認(rèn)證這一關(guān)不得不過。