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从国家层面进行前沿性和战略性方向、专利和产

来源:未知   作者:admin    发布时间: 2018-06-13 21:07   浏览:

从国家层面进行前沿性和战略性方向、专利和产

  综上所述,石墨烯和铁磁金属界面可以实现大的DMI,区别于Fert-Levy模型,其物理机制是Rashba效应诱导的,该结构突破了界面DMI对重金属的依赖。另外,考虑到Co/graphene界面还具有巨大垂直磁各向异性[HY et al. Nano letters 16, 145 (2015)],而且两者都可以很容易地在Co/graphene界面得到调控,可以预见该系列工作将会对石墨烯自旋电子学和拓扑磁结构自旋轨道电子学的科学研究和应用提供更多可能。

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  “目前,石墨烯企业普遍未实现盈利。”业内人士表示,我国石墨烯企业以高科技研发型小微企业为主,产业化程度不高,很多应用仍在实验阶段,产成品数量不多。

  国内外学者和产业界都认为石墨烯是一种新型的二维碳材料,看好其广阔的应用前景。我国有着丰富的石墨资源,国家高度重视石墨烯产业的发展,在研发和产业化方面走在前列。但是,在媒体、资本的热炒下,石墨烯也呈现出产业化虚假繁荣的泡沫和低端化趋势,市场化应用频频遇冷,遭到了人们的质疑。如果人们被鼓噪起来的热情和厚望迟迟得不到兑现或者幻灭,最终将导致石墨烯产业陷入纳米、超导等材料的命运,狂热之后是彻底地逃离、失望和不信任,这对石墨烯的研发和产业化将是致命的打击。石墨烯作为一种新材料,从发现到大规模应用,是一个循序渐进的过程,不可能一蹴而就,需要遵循“料-材-器-用”的规律和新兴产业发展规律,更需要扎扎实实的不懈努力和锲而不舍的创新精神、工匠精神。一是要重新审视和评估我国石墨烯发展方向和阶段。在深入研究美国、欧盟、日本、韩国等国家的石墨烯发展策略、重点方向、研发布局等,把握国际研究的主流方向,对我国石墨烯的研发方向进行重新审视,避免方向的错误和偏差.二是将石墨烯重点研究方向与制造业强国战略相统一.围绕新一代信息技术、航空航天装备、节能与新能源汽车、生物医药等重点领域发展需求,聚焦重点,从国家层面进行前沿性和战略性方向、专利和产品的布局,而对于那些技术含量不高的产品、技术交给市场。三是遵循相应的科学规律和阶段性特征,加强顶层设计和政策指导。制定相应的发展战略、规划和路线图,对各阶段的发展目标、产业布局、重点企业培育、关键技术突破、下游应用行业、政策等进行统一部署,合理规划产能和发展路径,推进石墨烯差异化、特色化、集群化发展,避免低端同质化重复建设。四是加强专利的前瞻布局和质量提升。加强石墨烯专利申请前的评估、细化专利鼓励政策、建立完善公众专利审查制度、加强专利授权事后审查等,提升专利质量和水平;引导实力较强的研究院所联合企业加强专利的前瞻性、系统性布局,尤其在半导体器件、医疗健康、环境领域(如海水淡化、污水处理等)、基因测序等高技术含量领域进行专利布局。五是尽快研究制定石墨烯技术成熟度路线图.对技术进行成熟度评价和重点企业技术成熟度、经营状况、产品销售等进行评估,科学评判其产业化阶段性和发展前景,避免盲目乐观,过度炒作。坚决制止一蹴而就、急功近利和投机心理,树立严谨务实、坚持不懈的工匠精神,引导媒体正确地宣传。整合各类创新资源,建立国家级石墨烯创新中心,制定技术创新目录和技术突破路线图,对材料制备技术、清洁生产技术、下游高端应用等关键技术加强攻关。设立石墨烯产业基金,采用政策性财政支出和社会资本共同参与的模式,加快关键技术成果的转化,寻找杀手锏级的高端应用领域、方向和产品。一是加强国际交流合作。积极参与国际标准制定,制定与国际接轨的石墨烯材料标准体系。二是尽快研究制定一批国家标准和行业标准,建立标准规范体系。包括相关产品定义、检测和使用标准、行业规范条件,从产业布局、生产工艺与装备、清洁生产、质量管理等方面加以规范。三是加强对石墨烯领域标准制定工作的财政扶持,鼓励有条件的企业和研究机构参与制定工作,尤其是目前技术成熟度高、产业化应用较为成熟的复合材料、防腐涂料、锂离子电池等下游应用领域,其标准的的制定更要提高相关应用企业的参与度。出台扶植石墨烯产业发展相关政策,加强政策引导,营造良好的发展环境;加强技术研发和人才培养;鼓励企业创新,加强企业与高校、科研机构的紧密合作,成立企业技术中心,搭建产学研合作平台,形成以企业为主体、产学研结合的技术创新体系,聚焦重点产品,完善重点产品产业链,刺激重点产品的市场需求,加快重点产品的产业化进程;鼓励地方创立石墨烯专业园区,建设完善公共服务平台,发挥专业园区在产学研合作中的载体作用,形成产业孵化培育体系,推动科研成果的产业化转化。充分发挥产业政策和财政资金的引导作用,鼓励社会资本参与,以培育具有国际竞争力的企业为目标,选择少数真正有创新实力的企业进行重点培育,促进人才、资源、资本向优势企业集中;加强企业高端人才队伍建设,结合国家“千人计划”和国际合作项目等,帮助优势企业引进能够带来核心技术的高端人才或技术团队,建立健全高端人才保障机制。

  一年多来,福建省建立了石墨烯技术研发和产业发展联席会议制度等协调机制,组建了省石墨烯产业技术创新促进会,打造了厦门大学能源与石墨烯产业研究院、永安市永清石墨烯研究院、晋江海峡石墨烯研究院等一批创新平台,出台了全国第一部以省级政府名义发布的产业发展规划,并配套出台《加快石墨烯产业发展六条措施》。

  在此次入围决赛的16个创新项目中,既有让涂料、油墨、轮胎等传统行业升级的石墨烯应用,也有涉及医疗检测、智能传感、石墨烯量子点应用等高精尖领域的创新项目。

  “电子产品由硬向柔、由厚向薄是未来趋势,柔性电路板会是不可或缺的基础材料,这一由石墨烯复合制成的新材料目前世界上还没有形成量产。”陈昌福介绍,因此企业抓住机遇投身这一领域,拥有国际领先、国内独有的生产技术,已申请专利3项。

  “在实验中,这一新材料更轻、更强、更耐磨,优于玻璃纤维复合材料、铝、镁合金等,可应用于汽车、电子电气、轨道交通、航空通信等领域。”项目负责人白宇博士介绍。

  “纵观历届创新创业大赛,应用产品越来越多,领域越来越广,这16个项目都有其成熟的一面,可谓多点开花。”厦门大学物理科学与技术学院教授蔡伟伟说。

  多位业内人士认为,福建省对石墨烯产业发展支持力度居全国前列。2016年10月,福建省委省政府提出举全省之力持续推动石墨烯产业发展,打造国际一流、国内领先的石墨烯技术研发和产业发展高地。

  最后,考虑到在graphene/Co界面处的DMI手性为反时针,而在graphene/Ni结构中,当Ni厚度低于2个原子层时,其DMI为顺时针,因而可以反转grephene/Ni堆叠结构到Ni/graphene以反转其DMI手性,从而实现graphene/Co/Ni/graphene多层结构中DMI的增强,更为有意思的是,在该结构中垂直磁各向异性也是随着异质结数的增加而增加,实现了多层堆叠同时调控垂直磁各向异性和DMI,从而对拓扑磁结构的调控提供了更多选择(如图5所示)。

  磁斯格明子,一种受拓扑保护的磁涡旋结构(如图1),因其可以做到纳米尺寸、非易失且易驱动从而非常适合应用在信息存储、逻辑运算或者神经网络技术等领域,是近些年来自旋电子学研究的热点。然而要实现磁斯格明子在自旋电子学器件上的应用还要解决诸如其室温下的稳定性、可控读写、高密度以及与当前磁存储结构兼容等诸多问题。解决上述问题的物理本质是找到适宜的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)及垂直磁各向异性材料结构。

  从新材料走向市场,下游应用是关键。一位石墨烯企业负责人表示,下游客户对新技术、新材料通常都非常谨慎,市场接受需要一个过程。对此,杨俊和教授建议:“企业家们既要热情地拥抱石墨烯产业,同时又要冷静地对待,要做好相对比较长线的投资和收益的心理准备。”

  程群峰表示,此前将石墨烯单片机械堆叠成较厚的宏观材料耗时费力。例如制备人头发厚度的石墨烯薄膜,需要堆叠15万层单片石墨烯,且片层间界面作用较弱,力学性能较差。

  据统计,截至2017年底,在工商部门注册的营业范围包含石墨烯相关业务的企业数量达4800多家,石墨烯应用环节企业数量占比大幅提升,超过研发企业。

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  全球石墨烯研发和产业化最为活跃的国家之一。我国高度重视石墨烯的研发与产业化发展。上至国家领导人,下至地方政府、媒体、企业和普通老百姓都十分关注石墨烯及产业的发展进展。国家自然基金委、科技部、国家发改委、工信部等相关部委都高度重视石墨烯的研发、生产与应用,不断加大投入和支持力度。目前已经有几百家科研机构和公司从事石墨烯材料及其相关产品的研发。我国石墨烯技术创新成果频出,产业化发展势头迅猛,走在世界前列。据统计,截止2016年底,我国石墨烯专利申请量占全球68.2%,85%以上的理工科学校都有石墨烯相关的研究团队,有的高校甚至一个学校就多达10多个研究团队。2017年,两项石墨烯研究成果获得国家科技进步奖。不仅如此,我国从事石墨烯研发、生产的企业数也是全球最多。截至2017年2月底,全国在工商登记注册的石墨烯企业2509家,仅2016年一年就新增457家。我国石墨烯应用产品上百种,但是得到市场认可的寥寥无几。资本市场也纷纷拿石墨烯进行炒作,一些投资机构和上市企业纷纷进军石墨烯领域。目前涉及石墨烯概念股将近40-50家。各地政府纷纷通过制定产业规划、建立产业园区、设立重点科技专项和产业引导基金、建立产业联盟和技术创新联盟、组建研究院和出台扶持政策等措施,支持石墨烯产业的发展。据粗略统计,截至目前,全国石墨烯产业园区、研究院等多达37家;几乎每个月都有1-2场石墨烯相关的会议、论坛等。近年来,石墨烯也受到各种媒体的热捧,关于石墨烯的各种报道铺天盖地,频繁进入人们的眼球,充斥着“一片蓝海”、“带来万亿级市场”、“颠覆性革命”、“充电十分钟,可跑1000公里”、全面代替硅材料等言过其实、过分夸大石墨烯性能的标题。产业低端化发展苗头初显。与美、日、韩等发达国家相比,我国石墨烯研究和产业发展基本处于产业链和价值链的低端,虽然资本界、学术界、媒体界等“热情高涨”,但无法掩盖上游材料生产企业盲目扩大产能,下游应用集中在附加值低的产品、低端产能扩张过快、产品同质化严重等问题,已经初步显示出“低端化“发展的苗头。主要表现在:专利“重量轻质”。虽然我国石墨烯专利申请量超过全球申请总量半数以上,稳居全球首位,但存在实用新型专利多、原创基础专利少,国内专利多、国际专利少,高校专利多、企业专利少的现象。下游“优材低用”。目前下游应用多集中在粉体(类石墨烯)领域,产品主要是石墨烯智能保暖理疗暖贴、石墨烯发热服装、石墨烯织物等轻应用,同质化现象十分严重,即将石墨烯作为改性添加剂应用于涂料、复合材料、动力电池等规模大但对石墨烯的品质要求并不高的领域,产品附加值不高,在晶体管、传感器、柔性触摸屏、可穿戴设备、环境治理等高端应用领域偏少。环保“隐患犹存”。目前的制备技术普遍存在能耗、水耗大和工艺不环保等问题,对生态环境保护存在较大隐患。面临技术、市场、成本三大产业化制约瓶颈。目前,石墨烯虽然已经走出了实验室,但是大规模商业化应用仍然面临着很多制约因素。首先是技术问题。包括制备、分散、应用和环保等关键技术和装备都尚未突破。虽然目前石墨烯制备技术已经有20多种,但规模化、低成本、高品质和大尺寸的宏量制备技术尚未取得实质性突破,难以满足工业化量产的需求。材料的分散技术,以及与下游工艺、工程化应用相结合的技术等都还制约着产业化进程。其次是市场问题。虽然目前各种应用产品层出不穷,百花齐放,但是缺乏真正的高品质、高附加值和体现石墨烯独特性能的杀手锏级产品,绝大多数只不过是对传统材料进行改性或者努力替代已经成熟的材料,经过改性后的材料性能提升并不明显,或者石墨烯并不是非添加不可,个别甚至在添加之后出现不良后果,难以得到市场认可。一些研究机构或企业号称取得了突破进展,也只不过是做出了样品或实验室产品,根本没有形成商品。目前大多数石墨烯生产企业还主要是给科研机构或下游应用企业提供石墨烯试用品。如果下游应用市场没有激活,石墨烯就很难产业化。三是成本问题。目前大多数企业尚处于小批量生产的探索阶段,还不能形成稳定的规模化生产能力,没有资金的回笼;且企业前期的研发投入资金量大、周期长,应用市场没有打开,所以不论是材料本身,还是应用产品的成本都很高,这都阻碍了石墨烯进一步走向市场。此外,石墨烯产业化之路还存在其他一些障碍。比如,石墨烯在某些性能方面本身也存在竞争性材料,如碳纤维、碳纳米管、硅材料、石墨烯粉体等。石墨烯制备还存在着环境风险。氧化石墨烯制备过程中需要大量的酸、碱,材料本身具有较强的稳定性和极易扩散,对环境具有较大的风险。石墨烯的标准缺乏,加之一些误导,使得人们对石墨烯还存在认知上的误区,如片面夸大石墨烯的微观性能、将“类石墨烯”石墨烯化(如将石墨烯、氧化石墨烯、石墨粉体等混为一谈)、石墨烯必须依托石墨资源等。

  为解决这一问题,杨洪新及其合作者对铁磁金属和石墨烯界面进行了深入研究,其结构如图1所示,发现在单层Co与石墨烯界面可以诱导高达1.14meV的DMI,而三层Co与石墨烯界面则可以诱导强度为0.49meV的DMI,其强度完全可以与部分铁磁金属/重金属界面DMI相比,更为有意思的是,该体系的物理机制完全不同于Fert-Levy型DMI,从图2可以看到,在Co/Pt结构中,DMI在界面铁磁层Co层最大,而其能量来源,即SOC能量并非来自Co层,而是来自界面的贵金属Pt层;在graphene/Co中,DMI和SOC能量则都在Co层内,该差别的物理本源是因为在graphene/Co的界面DMI是Rashba效应诱导的DMI(如图2右),而Co/Pt界面为Fert-Levy型。为验证Rashba效应诱导的DMI,杨洪新与其合作者进一步通过第一性原理计算了不同磁方向上的能带变化进而计算出Rashba系数,从Rashba系数计算出DMI大小为0.18meV,与第一性原理计算所得0.49meV在同一量级(如图3)[HY et al. Nature Materials (2018) doi:10.1038/s4-4]。

  “石墨烯产业在中国发展越来越快,市场对新材料及其带来的产品越来越认可,石墨烯用于工程塑料、涂料、橡胶等复合材料,发热散热材料及导电添加剂等领域可能将较快实现产业化。”上海理工大学材料科学与工程学院教授杨俊和说。

  “石墨烯的产业化,必须要从应用端出发,以终端产品的需求倒逼原料、材料、器件的研发,把市场痛点做成卖点,形成产业链。”永清石墨烯研究院副院长罗丹表示。

  这也是福建新嵛高新柔性材料有限公司总经理陈昌福的思路。在公司1号厂房内,从德国引进的高性能柔性电路板材料生产设备计划于本月12日投产。

  近日,中美科学家组成的国际团队开发出一种超强韧、高导电的石墨烯复合薄膜,可在室温条件下以较低成本制备,有望替代目前广泛使用的碳纤维材料。

  【导读】:石墨烯从实验室走向市场,虽然现在尚未大量生产,但是日前,在2018中国(永安)石墨烯创新创业大赛上,专家预言,石墨烯将是下一个爆发点。

  传统材料升级方面,由福建翔丰华新能源材料有限公司带来的高性能石墨纤维增强复合材料的开发及应用项目荣获一等奖,项目以微晶石墨为原料,制成石墨烯纤维增强复合材料。

  2015年,工业和信息化部、国家发改委、科技部联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》,分步推动石墨烯产业发展。第一阶段,就是石墨烯用于传统材料中的升级换代。

  据统计,目前福建省已建成或正在组建石墨烯创新研发平台23个,已引进石墨烯研发团队70个、相关人才270多人,其中24人列入国家千人、长江学者等国家级人才计划;新设立石墨烯创业企业68家;正在实施的研发、产业化项目180多项。

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员杨洪新自2012年起就开展DMI方面的工作,曾与Mairbek Chshiev教授、Andrea Thiaville教授以及诺贝尔奖得主Albert Fert等合作发展了基于第一性原理计算界面DMI的方法,成功地从第一性原理角度揭示了铁磁金属和重金属界面Fert-Levy型DMI的物理图象(如图2左)[HY et et al. Phys. Rev. Lett. 115, 267210 (2015); O. Boulle, J. Vogel, HY et al. Nature Nanotech. 11, 449 (2016)],铁磁金属与重金属界面也是当前拓扑磁结构研究最多的体系,然而,Fert-Levy机制要求非磁衬底提供强SOC才能产生较大DMI(如图2左上),从而导致衬底材料的选择要多从5d等重金属材料中做出,而重金属的存在,一般会影响存储器件的读写效率,并与当前工业界普遍使用的磁隧道结存储结构不兼容,使制造工艺复杂化,因而如何突破重金属的限制,即突破Fert-Levy机制实现较大DMI,成为该领域的一大难题。

  高精尖领域方面,北京邢飞创业团队的石墨烯表面波生物相互作用仪备受关注,项目利用石墨烯的高灵敏度特性,实验中可实现检测药物对生物分子和细胞的相互作用等,或可用于抗癌药物快速筛选及用量精确控制。

  发表在美国《国家科学院学报》上的研究显示,北京航空航天大学程群峰教授课题组和美国得克萨斯大学达拉斯分校雷·鲍曼团队受到天然珍珠母力学结构的启发,制备出微观结构类似于珍珠母的有序层状石墨烯结构。