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石墨烯产业曙光初现
http://gfhxd.cn  2020-05-23 03:48:06  

  “一秒钟内下载一部高清电影,手机的充电时间缩短到一分钟,这些都有可能在2024年前后实现,靠的仅仅是一个小小的石墨烯器件。”业内人士如是预测。

  作为世界上最柔软的坚硬材料,被誉为“黑金子”的石墨烯因其自身优异的秉性近年来渐成材料新宠。中国应如何开发石墨烯这座金矿?为此,《经济日报》记者专访北京国之专利预警咨询中心《石墨烯产业专利分析报告》的专家,为读者解疑释惑。

  现状:“后起之秀”材料

  石墨烯是一种新型的碳纳米材料,其厚度仅为一个碳原子的厚度(0.34nm),是目前已发现的最薄也最坚硬的材料。近年来,石墨烯备受推崇,源于其优异的物理及电学性质。因其发现,英俄的两位科学家2004年获得诺贝尔奖。

  石墨烯电阻率极低,电子迁移的速度极快,可被期待用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。“此外,由于它几乎是完全透明的,也适合用来制造透明触控屏幕、光板,甚至是高效太阳能电池及超大容量蓄电池。”北京国之专利预警咨询中心总经理于立彪介绍。

  专利分析结果显示,石墨烯相关的专利申请最早出现在2002年,2008年起出现实质性的快速增长。中国在石墨烯技术领域的专利技术产出量最高,占据了总产出量的40.25%;美国占总产出量的22.10%,位列第二;韩国以占总产出量21.18%的比例排名第三。

  “这说明近几年我国石墨烯研发投入力度较大,同时也注重运用专利来保护研发成果,但数量多不代表实力强,我国的石墨烯专利申请主要来源于科研院所和高校,多数还处于实验室研究阶段。”于立彪坦言。

  《报告》显示,全球排名前六位的专利申请人,分别是韩国三星公司、中国科学院、韩国高等技术研究院和韩国科学技术研究院、韩国成均馆大学、美国IBM公司以及个人申请人 Bor Z. Jang。

  不仅如此,中国的石墨烯专利布局也让于立彪深感担忧:“在石墨烯领域我国虽然属于‘后起之秀’,但专利布局不合理,这不利于牵制和制约竞争对手。”

  热点:增强实用性

  对石墨烯产业而言,制备技术是基础。

  根据《报告》,全球石墨烯制备方法的专利申请为471件,涉及的制备方法包括化学气相沉积法、氧化还原法、SiC热分解法、气相/液相剥离法、机械剥离法等。其中,关注度最高的是化学气相沉积法和氧化还原法。

  “目前全球石墨烯专利技术正处于快速发展期,但材料制备技术的产业化程度较低,化学气相沉积法和氧化还原法可能是实现产业化的途径。”于立彪分析。他说,化学气相沉积法相比其他制备方法更容易实现大尺寸和稳定量产化,主要专利掌握在韩国三星公司、中国科学院、韩国成均馆大学手中,不过现阶段化学气相沉积法仍面临石墨烯层数可控性差的问题,今后工艺细节调控(比如压力控制、时间控制及后处理技术)可能是该技术产业化的突破口。而氧化还原法虽操作简单,具有放量制备前景,但所用原料存在一定毒性,污染环境。

  制备工艺的重要性不言而喻,不过通过专利检索发现,涉及石墨烯制备方法和设备的专利申请仅占29.20%,涉及石墨烯用途的专利申请却占到48.05%。

  “随着石墨烯制备技术的发展以及样品质量不断提高,目前的研究热点不仅在于石墨烯的制备方法,还在于如何将石墨烯应用到各个领域中,从而实现石墨烯技术大规模的商业应用。尤其是一些国外的大型企业,在石墨烯应用领域大力投资。”于立彪指出。

  根据石墨烯应用技术分支申请量分布图,涉及石墨烯在TFT基板、催化剂、透明电极、晶体管上的应用是研发热点,其中涉及电池的专利申请最多,占比高达36%。

  北京国之专利预警咨询中心的专利分析员告诉记者,石墨烯的导电性好,柔韧性好,具有很高的比表面积,决定了其具有高的储能空间,制备透明石墨烯膜用于锂离子电池、太阳能电池等领域具有广泛的前景,是近两年应用技术分支的研究热点。

  策略:加快专利布局

  眼下,石墨烯炙手可热。日前,美国防部先进项目研究局与威斯康星大学麦迪逊分校宣布,共同研发出一项人脑研究技术,可探究人脑神经结构与功能的联系,该技术正是用石墨烯做传感器,其厚度不到一纳米,首次可兼容光学和电学手段同时观测。

  对石墨烯予以“厚爱”的不唯美国。不久前,韩国几家高校亦宣布已成功开发出混合石墨烯。据了解,这种混合石墨烯制成的电子文身具有可伸缩性,并且呈透明状,即使被折叠或者拉扯,依然能够正常工作,研发团队还将这种材料制成生物传感器,用来监测人体的健康数据。

  市场前景不言而喻,作为“后起之秀”的中国如何在“硝烟四起”的石墨烯领域保持优势并抢占先机?

  “开展专利预警分析,加强专利挖掘和布局。”这是北京国之专利预警咨询中心给出的答案。

  根据全球主要竞争对手专利申请技术分布图,石墨烯专利申请量排名第二位的中国科学院,在国内的专利申请有103件,而PCT专利申请仅1件;而申请量排名第一位的韩国三星公司不仅在韩国国内有40件专利申请,还在美国有46件专利申请,在中国有12件专利申请,PCT申请有7件,在欧洲也有1件;韩国高等技术研究院、韩国科学技术研究院等的专利布局策略亦与三星公司类似。

  “由此可以看出,我国的石墨烯专利申请量虽然绝对数量很大,但区域保护表现较差,几乎没有对石墨烯专利申请国外保护。韩国的企业、研究机构则对专利保护十分重视,它们不仅在韩国国内进行专利布局,还在全球主要竞争对手所在国/地区进行相当数量的专利布局,这点值得国内企业和科研机构借鉴。”于立彪表示。

  在于立彪看来,随着石墨烯应用技术的发展,今后将有更多的国外申请人到中国进行专利申请和布局。在这方面国内企业和研究机构应给予足够重视,技术研发和产业化过程中适时开展专利预警,防范并及早规避潜在的专利风险。(记 者 沈 慧)