德国石墨烯行业简单介绍

2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈-海姆和康斯坦丁-诺沃肖洛夫最早发现并揭示了石墨烯的独特性质。此后，欧洲作为石墨烯的诞生地，开始提前布局这一领域。德国作为欧洲较早研究石墨烯的国家，在2009年即宣布投入巨资研究这种即将在未来改变人类生活的神奇材料。尽管取得的科研成果颇丰，但时至2015年，德国的石墨烯商业化进程仍颇为缓慢。虽然石墨烯未来可能在信息技术、能源、交通、医疗保健等领域发挥重要的作用，但距离真正走进人们的生活，相差的可能不仅仅是一步之遥。

背景资料：

德国石墨烯行业发展政策与规划德国科学基金会（DFG）在2009年7月宣布开展时间跨度为6年的石墨烯新兴前沿研究项目，该项目的目的是提高对石墨烯性能的理解和操控，以建立新型的石墨烯基的电子产品。2010年DFG启动了优先研究项目石墨烯（SPP1459），包括38个研究项目，前3年预算经费为1060万欧元。

基金资助领域主要包括：适合石墨烯基电子设备的制备；石墨烯电子、结构、机械、振动等性能表征与操控；石墨烯纳米结构制备和表征及性能操控；石墨烯与衬底材料、栅极材料相互作用的理解和控制；输运研究（如声子和电子传输、量子传输、弹道输运、自旋运输）、新型装置示范（如场效应器件、等离子器件、单电子晶体管）以及石墨烯的理论研究（如石墨烯电子和原子结构、电子声子运输、自旋、石墨烯机械和振动性能、纳米结构、器件模拟）等。

最新成果：

石墨烯光电探测器：

2012年10月，慕尼黑工业大学的物理学家开发出一种方法，首次将测量到的石墨烯内光电流的时间分辨率提高到皮秒范围，这允许他们探测仅仅为几皮秒的脉冲。

光电探测器的核心在于通过金属接触融入电路的自由悬浮态的石墨烯。光电流的时间动态可通过名为“共平面带状线;的方法测量，该方法由特殊的时间分辨激光光谱程序，即泵浦探测技术所评估。激光脉冲会激发石墨烯中的电子，而这一过程的动态会被另一束激光所监控。有了这项技术，物理学家能精确监视石墨烯中的光电流究竟如何产生。

科学家还利用新方法进一步观察后发现，当石墨烯被光刺激时，可散发太赫兹（THz）范围的辐射，这位于红外光和电磁光谱中的微波辐射之间。关于太赫兹辐射的特殊之处在于，它显示了相邻频率范围的共享属性，其可以像粒子辐射般捆绑，也渗透了电磁波的特性。这使其成为了材料试验的理想备选，并可应用于特定的医疗领域。

纳米级碳纤维导线

未来的电子元件将微小到分子级别。这些微小的元件将取代目前硅晶的地位，成为计算机处理器的核心。马克思˙普朗克研究所正在研究的一种被称为石墨烯的纳米级碳纤维。位于柏林的弗里茨－哈勃－研究所，是马克思˙普朗克研究所旗下的机构。该机构展示了一种纳米导线，可以在分子级别的晶体管或其他元件之间传递电流。这种极细的导线由一条石墨烯窄带组成。研究人员用扫描隧道显微镜，在不同长度和电流的强度的条件下，测量其导电系数。“通过实验我们可以了解，电流在石墨烯纳米带上会产生什么效果，研究人员解释说。

首先，研究人员要确定，他们的纳米导线是否是完美的导体，导线长度是否会影响其导电性能。为此，研究人员必须进行一种颇为棘手的实验：他们要在不同的电压下，观察石墨烯带在不同长度下的电流。因此研究人员要用一条石墨烯带，将扫描隧道显微镜的尖端与一块黄金的表面相连。

在电压较高的情况下，石墨烯带很容易烧毁，马提亚斯˙科赫（MatthiasKoch）说，此次试验即是他博士论文的主题。虽然我们在试验中掌握了一些窍门，但也要尝试多次，才能成功将二者相连。

测量发现，电流经过石墨烯的方式与经过铜线不同。电子在石墨烯中以量子的隧道效应方式的通过。而经典物理学认为只有量子才能以此方式通过，这对于其它物质是一重无法跨越的屏障。

需要跨越的距离越远，到达另一端的电子就越少。”因此，纳米导线的导电性与其长度相关，科赫说。以隧道效应通过的电子，远远少于同等条件下使用传统导体通过的电子。

石墨烯原子磁化状态：

来自瑞士、德国和美国研究人员组成的研究团队揭开了石墨烯原子与金属基底材料之间的联系，原来墨烯上原子的磁化状态，被石墨烯所生长的金属基底材料悄悄操控着。研究团队认为这一发现可以应用在未来的计算装置上。

在研究吸附于单层石墨烯上的钴原子时，研究人员注意到其产生了面内磁化；但是，当石墨烯生长于钌基底上，钴原子的磁化效应又摇身一变，成为面外磁化。经过多次实验，研究人员认为，通常来说，石墨烯上原子的磁化状态会受到所用初始金属基底材料类型的影响。这一发现意味着磁化过程可以私人订制，为基于原子自旋状态而制备的自旋电子器件材料带来了新可能。

更进一步，研究人员还发现碳原子与基底材料之间相互吸引力的强弱也取决于基底材料的金属种类。比如说，如果用钌做基底，可观察到强吸引力；但如果基底换成铱或铂，则表现出极其微弱的吸引力。研究人员解释说，这是因为所使用的金属材料不同，碳原子和金属原子之间的距离远近也不同；反过来，这也意味着碳原子和金属基底两者之间的电子转移同样会受到影响，最终不同类型的石墨烯片层得以产生。

商业化应用：

日前，西班牙Graphenano公司与西班牙研究机构研发出全球首例石墨烯聚合材料电池。德国两大知名汽车厂商将在近期进行这款电池的相关试验。如果试验顺利，这种石墨烯聚合材料电池可能得到大规模推广应用。

尽管德国于2009年就开始投入大量资金进行石墨烯方面的研究，但其产业化成果并不突出。这也说明对于石墨烯这种新兴材料，目前世界各国几乎处于同一起跑线上。谁在低成本、大规模量产上有所突破，谁就将获得产业发展的先机。