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我国石墨烯制造技术已全球领先,为何还要与英国合作?

文章出处:人气:-发表时间:2016-01-04 09:30【

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虽然英国曼切斯特大学是石墨烯的故乡,但中国石墨烯制造已处于世界领先地位,那为何还要去和英国人合作呢?


随着中国国家主席习近平抵达英国开启为期4天的国事访问,华为也将和英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究所签署石墨烯研究项目。虽然英国科学家最早成功制备石墨烯,曼切斯特大学可说是石墨烯的故乡,但中国石墨烯制造已处于世界领先地位,那为何还要去和英国人合作呢?讨论这个问题,不如先反过来讨论一下。

1、英国为何要和我们合作

2014年,英国政府提出“北方经济引擎”计划。若要重振北部曼彻斯特、利物浦等老工业城市,未来10年在基础设施建设、房地产、科研投资、高端制造产业等方面的资金缺口将高达5000亿英镑,无论是巨额资金投资,还是大规模基础设施建设,英国很可能需要中国的帮助。 

因此,华为与英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究所即将签署的石墨烯研究项目在上述背景下就颇具深意了。对中国而言,该项目既可以学习吸收国外优秀智力成果,缩小和西方的技术差距,又能避免过剩的美元在不断贬值中造成财富缩水。对英国而言,该项目能吸引中国投资,是助推英国“北方经济引擎”计划的一部分,成为英国实现振兴北方地区必然选择,也将帮助英国经济走出当下低迷状态。

2、石墨烯为什么这么重要

石墨烯是由碳原子组成的单层石墨。具有非常好的导热性、电导性、透光性,而且具有高强度、超轻薄、超大比表面积等特性,广泛应用于锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等方面。

相对于现在普遍使用的硅基材料,石墨烯在室温下拥有10倍的高载流子迁移率,同时具有非常好的导热性能。在前端设计水平相当的情况下,使用石墨烯制造的芯片要比使用硅基材料的芯片性能强几十倍,随着技术发展,进一步挖掘潜力,性能可能会是传统硅基芯片的上百倍!同时还拥有更低的功耗。

3、石墨烯材料对手机的意义有多大

对于华为这几年的另一项拳头产品——手机来说,石墨烯更能带来翻天覆地的变化:手机中有大量的芯片,比如音频芯片、视频芯片、电源管理芯片、能够获得更好拍照效果的ISP芯片、WIFI芯片、CPU、GPU、基带(某些厂商可能会将这些芯片集成为SOC)等等,如果这些芯片都使用石墨烯材料制造,那么手机芯片的性能将会大幅提升,同时功耗将大幅下降。

一直以来,智能手机的续航能力饱受诟病。如果将石墨烯用于电池的两极,续航能力会是普通电池的十多倍,智能手机一天一充将成为历史,充电宝也将被新技术所淘汰。如果用石墨烯制作电容装置,它的充放电速度是锂电池100倍——1000倍,几分钟就能完成智能手机充电。

石墨烯具有轻、薄、几乎完全透光、强度大、柔韧性好等特点,和现在的手机屏幕相比,不仅更薄、透光性更好,而且还具有更好的韧性,更不容易破损,甚至还能做成能够卷起的柔性屏幕。因此,石墨烯屏幕比现在用的屏幕拥有更好的用户体验。

石墨烯仅吸收2.3%的光,并使所有光谱的光均匀地通过,具有非常好的透光性。因此它还是优质的感光元件的制造材料,使用石墨烯制造的感光元件,不仅更薄,还更便宜——如果量产,成本仅为传统感光元件的五分之一。据新加坡一个科研团队展示的科研成果,石墨烯感光元件的性能比传统传感器强1000倍——在昏暗的光线环境中,这类传感器依然能够捕捉到较为清晰的物体影像。

可以想象如果华为手机采用了石墨烯技术,那么,手机将发生一次革命,正如同智能机对功能机的革命。 

4、为何华为要去和英国人合作

国内研究所和企业虽然也有电容、触控屏、涂料、导热材料、复合材料等产品,但更偏重石墨烯制造,是原材料生产厂商。但这还是远远不够的。

作为最早成功制备石墨烯的机构,英国曼彻斯特大学一直深耕于该领域,不仅有较深的技术积累,更是全球石墨烯科研活动的中心。

在资金方面,英国政府对曼彻斯特大学也是予取予求——投资6100万英镑于2015年春建成曼彻斯特大学石墨烯研究院着力于打造新的尖端石墨烯研究设施,以开发和维持英国在石墨烯及有关2-D材料方面的世界领先地位。

从科研成果转化来说,选择曼彻斯特大学进行合作也早有可借鉴的经验。已有超过35个来自世界各地的企业选择与曼彻斯特大学合作与石墨烯有关的项目,这不仅让曼彻斯特大学合作从合作伙伴手中获得4亿英镑科研经费,更将实验室的技术成果转化成商品。

所以,华为选择与英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究所进行合作,既能利用此前在英国大量科研投入的基础和经验,又能在成果转化上具备国际视野,这项投资将让这家中国巨头站到世界石墨烯科研的最前沿。


此文关键字:石墨烯制造技术