近年來(lái)，中韓美等國(guó)角逐石墨烯前沿應(yīng)用領(lǐng)域，我國(guó)相關(guān)專利申請(qǐng)量已領(lǐng)跑全球，但專利質(zhì)量仍待提升，海外專利布局仍較薄弱，產(chǎn)業(yè)化難題也亟待破解。相關(guān)專家表示，我國(guó)需要整合科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的力量，在制備方法和工藝上尋求突破，完善專利布局，打造從原料、制備、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到下游應(yīng)用的石墨烯全產(chǎn)業(yè)鏈，才能推動(dòng)石墨烯更快地走向產(chǎn)業(yè)化。

石墨烯：如何實(shí)現(xiàn)科研與商用并駕齊驅(qū)？

作為目前已知的世界上最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性最好的材料，石墨烯自問(wèn)世以來(lái)就受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。由于具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能，其被認(rèn)為有望在半導(dǎo)體、光伏、鋰電池、超級(jí)電容器、電子顯示器件等領(lǐng)域帶來(lái)革命性變化。

2004年石墨烯的成功分離，激發(fā)了全球范圍內(nèi)石墨烯研發(fā)的熱潮，我國(guó)相關(guān)專利申請(qǐng)更是快速增長(zhǎng)。近年來(lái)，中韓美等國(guó)角逐石墨烯前沿應(yīng)用領(lǐng)域，我國(guó)相關(guān)專利申請(qǐng)量已領(lǐng)跑全球，但專利質(zhì)量仍待提升，海外專利布局仍較薄弱，產(chǎn)業(yè)化難題也亟待破解。對(duì)此，專家表示，我國(guó)需要整合科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的力量，在制備方法和工藝上尋求突破，完善專利布局，打造從原料、制備、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到下游應(yīng)用的石墨烯全產(chǎn)業(yè)鏈，才能推動(dòng)石墨烯更快地走向產(chǎn)業(yè)化。

專利申請(qǐng)領(lǐng)跑全球

石墨烯是一種由碳原子組成的平面薄膜，是只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。其擁有高度的柔性、透光性、超強(qiáng)導(dǎo)電性，是非常有潛力的應(yīng)用材料，目前，世界各國(guó)都在積極投身于石墨烯技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心和美國(guó)化學(xué)文摘社近日發(fā)布的《石墨烯研發(fā)態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)分析報(bào)告》顯示，截止到2016年4月5日，全球共有石墨烯相關(guān)論文7.8756萬(wàn)篇，相關(guān)專利申請(qǐng)2.3057萬(wàn)件。

“2010年以后，石墨烯研發(fā)進(jìn)入快速發(fā)展的活躍期，全球50%以上的石墨烯研究論文和專利申請(qǐng)主要集中在2014年至2016年?！敝袊?guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心副主任劉細(xì)文介紹，從地域分布看，全球該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量排名前五位的國(guó)家為中國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)、日本和德國(guó)，這五國(guó)的專利申請(qǐng)總量占全球該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量的90%以上。

不過(guò)，在這五國(guó)中，美國(guó)和日本自上世紀(jì)90年代就開(kāi)始提交石墨烯專利申請(qǐng)，明顯早于中國(guó)和韓國(guó)。中國(guó)自2007年進(jìn)入石墨烯領(lǐng)域后，相關(guān)專利申請(qǐng)急劇增多，2010年后更是爆發(fā)式增長(zhǎng)，該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)占全球該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)總量的59.06%，美國(guó)和韓國(guó)的這一占比則分別為11.17%和15.43%。

“目前，盡管我國(guó)石墨烯專利申請(qǐng)量已領(lǐng)跑全球，但海外專利布局較弱?！眲⒓?xì)文介紹，石墨烯專利申請(qǐng)主要流向美國(guó)和中國(guó)，中國(guó)在韓、日、美、德僅有2.3%的石墨烯專利申請(qǐng)，而韓、美、日、德在其他四個(gè)主要專利申請(qǐng)來(lái)源國(guó)分別有27.8%、24.8%、32.3%和45.3%的石墨烯專利申請(qǐng)。

另外，我國(guó)石墨烯專利申請(qǐng)主要由科研院所主導(dǎo)，韓國(guó)和美國(guó)則主要由企業(yè)主導(dǎo)。2007年至2015年，中國(guó)科學(xué)院以1299件石墨烯專利申請(qǐng)位列全球首位；韓國(guó)石墨烯專利申請(qǐng)最多的是三星電子有限公司，為515件；IBM以186件石墨烯專利申請(qǐng)位列美國(guó)第一。

產(chǎn)業(yè)應(yīng)用仍待加強(qiáng)

經(jīng)過(guò)十多年的快速發(fā)展，目前，中美韓日等主要石墨烯技術(shù)原創(chuàng)國(guó)已積聚了大量的專利儲(chǔ)備，逐漸形成了技術(shù)優(yōu)勢(shì)和相對(duì)穩(wěn)定的競(jìng)爭(zhēng)格局，但是，技術(shù)研發(fā)火熱的背后，石墨烯仍然面臨產(chǎn)業(yè)化緩慢的難題。

“對(duì)于公眾來(lái)說(shuō)，體現(xiàn)石墨烯價(jià)值最直觀的是終端產(chǎn)品，但是，從石墨烯原材料到石墨烯終端產(chǎn)品，還有很長(zhǎng)的路要走?！眹?guó)家納米科學(xué)中心研究員智林杰告訴本報(bào)記者，石墨烯能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化主要與四方面因素相關(guān)：一是成本控制，二是質(zhì)量控制，三是知識(shí)產(chǎn)權(quán)，四是終端產(chǎn)品。這些問(wèn)題不一一解決，石墨烯的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化就難以實(shí)現(xiàn)。

記者在采訪中了解到，目前，石墨烯的一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)路線是從石墨到石墨烯再到終端產(chǎn)品，這中間會(huì)涉及許多方面的技術(shù)，包括石墨原材料的開(kāi)采、純化、深加工等，而我國(guó)這些方面的技術(shù)都還比較薄弱。比如，我國(guó)石墨儲(chǔ)量和石墨開(kāi)采量均是世界第一，但是我國(guó)采浮選技術(shù)落后，污染重、能耗高，幾乎沒(méi)有高質(zhì)量的深加工能力，加工出的石墨原材料雜質(zhì)多，純度不夠。由于生產(chǎn)包括高質(zhì)量的石墨烯在內(nèi)的許多石墨烯深加工產(chǎn)品對(duì)原材料要求很高，我國(guó)很多機(jī)構(gòu)不得不把石墨粗粉運(yùn)到國(guó)外進(jìn)行提煉、純化，然后再運(yùn)回國(guó)使用，導(dǎo)致嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。不僅如此，石墨烯材料的基礎(chǔ)研究也還有待加強(qiáng)和深入，其性能優(yōu)化和規(guī)?；a(chǎn)的很多技術(shù)和方法，也需尋求突破。

“除了技術(shù)、成本等因素，知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題也還需要引起關(guān)注。我國(guó)石墨烯專利申請(qǐng)數(shù)量不少，但主要布局在國(guó)內(nèi)，國(guó)外專利申請(qǐng)很少，這說(shuō)明我國(guó)石墨烯相關(guān)技術(shù)的國(guó)際影響力還不夠。未來(lái)石墨烯競(jìng)爭(zhēng)將是全球化競(jìng)爭(zhēng)，海外專利布局不足會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)很大影響?！敝橇纸鼙硎尽?br/>
多點(diǎn)突破促進(jìn)發(fā)展

由于具有廣闊的前景，目前，世界各國(guó)都在加緊布局石墨烯產(chǎn)業(yè)。我國(guó)不僅在國(guó)家層面部署了石墨烯研發(fā)計(jì)劃和研發(fā)項(xiàng)目，許多地方政府還籌劃建立了石墨烯產(chǎn)業(yè)園、石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院等。根據(jù)《〈中國(guó)制造2025〉重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》的規(guī)劃，我國(guó)石墨烯發(fā)展的總體目標(biāo)是，2020年形成百億元產(chǎn)業(yè)規(guī)模，2025年整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億元。

記者在采訪中了解到，近年來(lái)，石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用不斷深化和拓展，從材料性能、電子學(xué)性能不斷向電池、電容器、半導(dǎo)體、傳感器器件等應(yīng)用方向延伸。在能源利用領(lǐng)域，石墨烯在二次電池、超級(jí)電容器等方面，部分含有石墨烯的產(chǎn)品已處于試用階段。

然而，石墨烯在能源、生物學(xué)、電子學(xué)等諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)石墨烯的低成本綠色制備、高質(zhì)量精細(xì)結(jié)構(gòu)調(diào)控以及多級(jí)次多功能組裝與集成，提出了越來(lái)越高的要求?！拔覈?guó)石墨烯技術(shù)研發(fā)力量主要集中在科研機(jī)構(gòu)，未來(lái)，還需要整合研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的力量，各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，合作攻關(guān)技術(shù)難點(diǎn)，并推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化，以實(shí)現(xiàn)科研與商用的并駕齊驅(qū)?！眲⒓?xì)文表示。

在劉細(xì)文看來(lái)，要加快石墨烯的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，還需加大研發(fā)力度，突破一些技術(shù)難點(diǎn)?！爸饕窃谥苽浞椒ê凸に嚿线M(jìn)行新的突破，未來(lái)制備工藝將呈現(xiàn)出多元化發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)制備方法和技術(shù)進(jìn)行研發(fā)、改進(jìn)和優(yōu)化將成為研發(fā)熱點(diǎn)。另外，基于石墨烯結(jié)構(gòu)各向異性、性能各向異性的研發(fā)也將是重點(diǎn)研究方向?！眲⒓?xì)文表示。

在加快研發(fā)的同時(shí)，提升專利質(zhì)量、加強(qiáng)海外專利布局也是關(guān)鍵。“目前，我國(guó)高質(zhì)量低成本的石墨烯綠色制備技術(shù)仍處于研發(fā)階段，與原材料相關(guān)的基礎(chǔ)專利和核心專利比較缺乏，而這些專利正是屬于石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈上游的技術(shù)。誰(shuí)擁有這些專利，誰(shuí)將擁有更多話語(yǔ)權(quán)。只有攻破核心技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，打造從原料、制備、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到下游應(yīng)用的石墨烯全產(chǎn)業(yè)鏈，才可能推動(dòng)石墨烯更快地走向產(chǎn)業(yè)化?！敝橇纸鼙硎?。