石墨烯優(yōu)異的性能使其在多個領(lǐng)域具備“顛覆”潛力,廣泛地應(yīng)用于電池電極材料、半導(dǎo)體器件、復(fù)合材料制備、透明顯示觸摸屏等方面。

“專利眼”透視新政下新材料石墨烯研究走向

日前,工業(yè)和信息化部等三部委聯(lián)合出臺《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》,十余支石墨烯概念股齊齊漲停。針對這一新政,來自北京路浩知識產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟的專家從專利角度分析了新政下中國石墨烯的研究走向。

2015中國國際石墨烯創(chuàng)新大會透露,新材料將納入“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,而石墨烯正是新材料領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展對象。據(jù)專家介紹,石墨烯是迄今為止自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料,具備極高的透光性和極大的比表面積,是目前已知室溫下最好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料。石墨烯優(yōu)異的性能使其在多個領(lǐng)域具備“顛覆”潛力,廣泛地應(yīng)用于電池電極材料、半導(dǎo)體器件、復(fù)合材料制備、透明顯示觸摸屏等方面。

“中國在石墨烯領(lǐng)域的專利申請趨勢與全球申請趨勢類似,且申請量占有較大比重,可以看出中國在全球石墨烯技術(shù)研究中的重要地位?!北本┞泛浦R產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟咨詢師杜藝瑩介紹,2005年以前,石墨烯相關(guān)技術(shù)研究熱度較低,專利申請量很少,2006年以后,尤其是2009年以后,專利申請量呈迅猛增長趨勢。其中,我國在石墨烯研究領(lǐng)域申請的專利項(xiàng)占全球總數(shù)的50%以上,在該領(lǐng)域?qū)@烤哂薪^對優(yōu)勢。目前,中國已經(jīng)形成了政府、科研機(jī)構(gòu)、研發(fā)和應(yīng)用企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新的政產(chǎn)學(xué)研合作對接機(jī)制,對中國石墨烯的技術(shù)研究起到了強(qiáng)大的推動作用。

“專利眼”透視新政下新材料石墨烯研究走向

此外,北京路浩知識產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟的專家通過檢索還發(fā)現(xiàn),在石墨烯的應(yīng)用上,我國也已經(jīng)獲得了重大的研究成果,研究方向主要集中在石墨烯電極等應(yīng)用領(lǐng)域。其中,中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院成功研制出國內(nèi)首片15英寸的單層石墨烯,可以作為透明電極的材料,該技術(shù)獲得了中國發(fā)明專利。該項(xiàng)專利提供了一種石墨烯復(fù)合材料透明電極及其制備方法和應(yīng)用,能結(jié)合導(dǎo)電高分子和石墨烯二者的優(yōu)點(diǎn),制成的石墨烯復(fù)合材料透明電極兼顧導(dǎo)電性、透光率及柔性的特性,該透明電極可以在制作觸摸屏、太陽能電池、有機(jī)發(fā)光二極管、液晶顯示屏、薄膜晶體管、柔性電子產(chǎn)品或可穿戴式電子產(chǎn)品中應(yīng)用。

此外,中國寶安子公司貝特瑞是國內(nèi)知名的鋰電池負(fù)極材料生產(chǎn)商,一直致力于石墨烯在動力電池材料方面的應(yīng)用研究,在石墨烯應(yīng)用到鋰電池電極的制備中獲得多項(xiàng)專利證書,例如其提交的一項(xiàng)專利申請,公開了一種石墨烯基復(fù)合負(fù)極材料的制備方法及制得的負(fù)極材料和鋰離子電池,用該方法制得的負(fù)極材料包括石墨和均勻分布于石墨當(dāng)中的納米石墨烯片層結(jié)構(gòu),兩相緊密接觸,具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高比容量、高電導(dǎo)率、高倍率性能、優(yōu)異的吸液性能和循環(huán)性能。其研制的石墨烯產(chǎn)品目前已小量試產(chǎn),若能大量應(yīng)用到負(fù)極材料中,將極大提升其性能,對國內(nèi)鋰電池發(fā)展起到強(qiáng)大的推動作用。

“國際專利分類號(IPC)包含了專利的技術(shù)信息,通過對石墨烯相關(guān)專利進(jìn)行IPC統(tǒng)計(jì)分析,可以看出,石墨烯專利技術(shù)主要集中于石墨烯的制備,分類號為C01B31。其次是石墨烯在電極制備上的應(yīng)用,分類號為H01M4。由此可見,除了對石墨烯本身制備的研究外,其應(yīng)用研究涉及最多的是用作電池電極材料。”杜藝瑩通過研究大量資料后發(fā)現(xiàn),由于石墨烯具有良好的導(dǎo)電性能和倍率性能,將其應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料中,可以大幅度提高負(fù)極材料的電容量和大倍率充放電性能,是一種理想的電極材料。此外,石墨烯還可以用于改性其他非碳基負(fù)極材料,目前研究的主要以錫基、硅基以及過渡金屬類為主的鋰離子電池非碳基負(fù)極材料,其缺點(diǎn)是在嵌鋰、脫鋰過程中體積膨脹收縮變化明顯,石墨烯摻雜改性后的復(fù)合材料能改善這兩種材料單獨(dú)使用時的缺點(diǎn)。當(dāng)然,石墨烯在鋰電池正極材料改性及導(dǎo)電添加劑方面也有應(yīng)用,石墨烯的高比表面積及其優(yōu)異的電子傳輸能力,能有效改善正極材料的導(dǎo)電性能,提高鋰離子的擴(kuò)散傳輸能力。又因?yàn)橐恢币詠?,智能手機(jī)等終端發(fā)展迅速,但其續(xù)航能力始終是最大短板,石墨烯用作電池的電極可以大大縮短終端的充電時間,這也將推動石墨烯在電極領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

[責(zé)任編輯:陳語]

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