近年來，中韓美等國角逐石墨烯前沿應用領域，我國相關專利申請量已領跑全球，但專利質量仍待提升，海外專利布局仍較薄弱，產業化難題也亟待破解。相關專家表示，我國需要整合科研機構和企業的力量，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、產品開發到下游應用的石墨烯全產業鏈，才能推動石墨烯更快地走向產業化。

　　原標題：專利申請量領跑全球，但專利布局仍待完善，產業化難題仍待破解——

　　石墨烯：如何實現科研與商用并駕齊驅？

　　作為目前已知的世界上最薄、最堅硬、導電性最好的材料，石墨烯自問世以來就受到業界的廣泛關注。由于具有優異的力學、熱學和電學性能，其被認為有望在半導體、光伏、鋰電池、超級電容器、電子顯示器件等領域帶來革命性變化。

　　2004年石墨烯的成功分離，激發了全球范圍內石墨烯研發的熱潮，我國相關專利申請更是快速增長。近年來，中韓美等國角逐石墨烯前沿應用領域，我國相關專利申請量已領跑全球，但專利質量仍待提升，海外專利布局仍較薄弱，產業化難題也亟待破解。對此，專家表示，我國需要整合科研機構和企業的力量，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、產品開發到下游應用的石墨烯全產業鏈，才能推動石墨烯更快地走向產業化。

　　專利申請領跑全球

　　石墨烯是一種由碳原子組成的平面薄膜，是只有一個碳原子厚度的二維材料。其擁有高度的柔性、透光性、超強導電性，是非常有潛力的應用材料，目前，世界各國都在積極投身于石墨烯技術的研發和產業化進程。中國科學院文獻情報中心和美國化學文摘社近日發布的《石墨烯研發態勢監測分析報告》顯示，截止到2016年4月5日，全球共有石墨烯相關論文7.8756萬篇，相關專利申請2.3057萬件。

　　“2010年以后，石墨烯研發進入快速發展的活躍期，全球50%以上的石墨烯研究論文和專利申請主要集中在2014年至2016年。”中國科學院文獻情報中心副主任劉細文介紹，從地域分布看，全球該領域專利申請量排名前五位的國家為中國、韓國、美國、日本和德國，這五國的專利申請總量占全球該領域專利申請量的90%以上。

　　不過，在這五國中，美國和日本自上世紀90年代就開始提交石墨烯專利申請，明顯早于中國和韓國。中國自2007年進入石墨烯領域后，相關專利申請急劇增多，2010年后更是爆發式增長，該領域專利申請占全球該領域專利申請總量的59.06%，美國和韓國的這一占比則分別為11.17%和15.43%。

　　“目前，盡管我國石墨烯專利申請量已領跑全球，但海外專利布局較弱。”劉細文介紹，石墨烯專利申請主要流向美國和中國，中國在韓、日、美、德僅有2.3%的石墨烯專利申請，而韓、美、日、德在其他四個主要專利申請來源國分別有27.8%、24.8%、32.3%和45.3%的石墨烯專利申請。

　　另外，我國石墨烯專利申請主要由科研院所主導，韓國和美國則主要由企業主導。2007年至2015年，中國科學院以1299件石墨烯專利申請位列全球首位；韓國石墨烯專利申請最多的是三星電子有限公司，為515件；IBM以186件石墨烯專利申請位列美國第一。

　　產業應用仍待加強

　　經過十多年的快速發展，目前，中美韓日等主要石墨烯技術原創國已積聚了大量的專利儲備，逐漸形成了技術優勢和相對穩定的競爭格局，但是，技術研發火熱的背后，石墨烯仍然面臨產業化緩慢的難題。

　　“對于公眾來說，體現石墨烯價值最直觀的是終端產品，但是，從石墨烯原材料到石墨烯終端產品，還有很長的路要走。”國家納米科學中心研究員智林杰告訴本報記者，石墨烯能否實現產業化主要與四方面因素相關：一是成本控制，二是質量控制，三是知識產權，四是終端產品。這些問題不一一解決，石墨烯的大規模產業化就難以實現。

　　記者在采訪中了解到，目前，石墨烯的一個重要產業路線是從石墨到石墨烯再到終端產品，這中間會涉及許多方面的技術，包括石墨原材料的開采、純化、深加工等，而我國這些方面的技術都還比較薄弱。比如，我國石墨儲量和石墨開采量均是世界第一，但是我國采浮選技術落后，污染重、能耗高，幾乎沒有高質量的深加工能力，加工出的石墨原材料雜質多，純度不夠。由于生產包括高質量的石墨烯在內的許多石墨烯深加工產品對原材料要求很高，我國很多機構不得不把石墨粗粉運到國外進行提煉、純化，然后再運回國使用，導致嚴重的資源浪費和經濟損失。不僅如此，石墨烯材料的基礎研究也還有待加強和深入，其性能優化和規模化生產的很多技術和方法，也需尋求突破。

　　“除了技術、成本等因素，知識產權問題也還需要引起關注。我國石墨烯專利申請數量不少，但主要布局在國內，國外專利申請很少，這說明我國石墨烯相關技術的國際影響力還不夠。未來石墨烯競爭將是全球化競爭，海外專利布局不足會對產業發展帶來很大影響。”智林杰表示。

　　多點突破促進發展

　　由于具有廣闊的前景，目前，世界各國都在加緊布局石墨烯產業。我國不僅在國家層面部署了石墨烯研發計劃和研發項目，許多地方政府還籌劃建立了石墨烯產業園、石墨烯產業技術研究院等。根據《〈中國制造2025〉重點領域技術路線圖》的規劃，我國石墨烯發展的總體目標是，2020年形成百億元產業規模，2025年整體產業規模突破千億元。

　　記者在采訪中了解到，近年來，石墨烯材料的產業化應用不斷深化和拓展，從材料性能、電子學性能不斷向電池、電容器、半導體、傳感器器件等應用方向延伸。在能源利用領域，石墨烯在二次電池、超級電容器等方面，部分含有石墨烯的產品已處于試用階段。

　　然而，石墨烯在能源、生物學、電子學等諸多領域的廣泛應用，對石墨烯的低成本綠色制備、高質量精細結構調控以及多級次多功能組裝與集成，提出了越來越高的要求。“我國石墨烯技術研發力量主要集中在科研機構，未來，還需要整合研究機構和企業的力量，各自發揮優勢，合作攻關技術難點，并推動產業化，以實現科研與商用的并駕齊驅。”劉細文表示。

　　在劉細文看來，要加快石墨烯的應用和產業化進程，還需加大研發力度，突破一些技術難點。“主要是在制備方法和工藝上進行新的突破，未來制備工藝將呈現出多元化發展趨勢，對制備方法和技術進行研發、改進和優化將成為研發熱點。另外，基于石墨烯結構各向異性、性能各向異性的研發也將是重點研究方向。”劉細文表示。

　　在加快研發的同時，提升專利質量、加強海外專利布局也是關鍵。“目前，我國高質量低成本的石墨烯綠色制備技術仍處于研發階段，與原材料相關的基礎專利和核心專利比較缺乏，而這些專利正是屬于石墨烯產業鏈上游的技術。誰擁有這些專利，誰將擁有更多話語權。只有攻破核心技術，降低生產成本，打造從原料、制備、產品開發到下游應用的石墨烯全產業鏈，才可能推動石墨烯更快地走向產業化。”智林杰表示。

　　相關鏈接

　　石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結構。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是好多層石墨烯。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此兩人共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

　　作為一種新型納米材料，石墨烯在很多領域都有著廣泛應用。新能源電池是石墨烯最早商用的一大重要領域。目前，美國麻省理工學院已成功研制出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽能電池的成本，這種電池有可能在夜視鏡、相機等小型數碼設備中應用。另外，石墨烯超級電池的成功研發，也解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時間長的問題。

　　柔性顯示屏未來市場廣闊，作為基礎材料的石墨烯前景也被看好。韓國研究人員已制造出了有多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片基底組成的柔性透明顯示屏。韓國三星公司和成均館大學的研究人員制造出了一塊電視機大小的純石墨烯，他們用該石墨烯塊制造出了一塊柔性觸摸屏。從理論上來講，未來，人們可以輕松卷起擁有柔性顯示屏的智能手機。

　　此外，石墨烯在特種航天、感光元件、復合材料等領域也可以發揮重要作用。正是因此，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言，石墨烯將“徹底改變21世紀”。