从专利申请看中国石墨烯技术的突破
摘要:“超级材料”石墨烯由于其顶尖的性能受到各国的青睐,通过专利来了解中国在石墨烯领域的技术突破和创新主体。
“超级材料”石墨烯由于其顶尖的性能受到各国的青睐,通过专利来了解中国在石墨烯领域的技术突破和创新主体。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至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,成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
由于其顶尖的性能,石墨烯从发现至今,产业化得到了快速的发展,但目前仍处于产业化的发展初期,石墨烯产业最大的瓶颈在于还没有形成完整的产业链,目前仍没有一种可以应用石墨烯的产品能够规模化生产。
美国、欧盟、英国、韩国等都积极投入到石墨烯研发和产业化应用中,中国石墨烯技术研发起步较晚,但发展很快,尤其是在石墨烯基础研究方面非常突出,石墨烯领域的专利申请量已达到14959件,通过石墨烯的专利状况来了解一下中国在石墨烯领域的技术突破。
1、中国石墨烯技术取得整体突破,产业化技术水平提升
中国从2001年开始在石墨烯领域申请专利,但直到2009年专利申请量才突破百件,但2010年之后专利申请量出现“井喷式”增长,2011年申请量已过千件,2014年申请量突破4000件,可以说中国石墨烯技术在近几年取得了里程碑式的突破,对石墨烯的研发也不仅限于高校和研究所,越来越多的生产企业加入研发行列,大力推动了石墨烯产业化技术的提高。
2、技术布局:全产业链布局,应用技术领域广泛
目前中国石墨烯领域专利的技术布局涵盖石墨烯制备技术、复合材料制备技术以及应用技术,在石墨烯的整个产业链有较完善的布局,石墨烯的应用非常广泛,从应用领域的专利申请来看,应用领域涉及二次电池、半导体器件,显示装置、光电器件、催化器、超级电容,染料敏化太阳能电池等,石墨烯具备广阔的应用前景。
3、大学:积极推动石墨烯的产业化技术
浙江大学在石墨烯领域的专利申请量在高校中位居首位,在石墨烯领域的科研实力较强,并且已经开展石墨烯技术的校企合作,合作企业包括华为技术有限公司、纳晶科技股份有限公司和波音(中国)投资有限公司等。
清华大学在石墨烯领域的专利申请量在高校中居第二位,鸿富锦精密工业(深圳)有限公司无疑是最主要的技术合作企业,富士康科技集团与清华大学已建成清华-富士康纳米科技研究中心,作为桥梁共建产学研创新平台,其它的合作企业还包括江苏华东锂电技术研究院有限公司、深圳金信诺高新技术股份有限公司、鸿纳(东莞)新材料科技有限公司、北京三星通信技术研究有限公司、万裕三信电子(东莞)有限公司和深圳市力合材料有限公司等多家企业,积极推进产业化应用。
哈尔滨工业大学在石墨烯领域的专利申请量在高校中居第三位,技术研发主要涉及石墨烯的制备和复合材料技术,目前技术合作企业包括东莞市迈科新能源有限公司、威海云山科技有限公司和无锡海特新材料研究院有限公司等。
4、中国科学院:科研实力最强
中国科学院在石墨烯领域的专利申请量为1418件,占中国专利总量的近10%,是国内最大的石墨烯研究机构,从2004年开始申请专利,至2013年申请量已突破300件。中国科学院在石墨烯领域的技术研发也比较全面,专利技术布局涉及制备和应用技术,而应用领域包括半导体器件、太阳能电池、储能器件、催化剂和传感器等众多领域,宁波材料技术与工程研究所、重庆绿色智能技术研究院、上海微系统与信息技术研究所为中科院系统内专利申请量最多的三个机构。
5、海洋王:石墨烯行业迅速崛起的企业
海洋王照明科技股份有限公司、京东方科技集团股份有限公司、深圳欧菲光科技股份有限公司、三星集团、鸿富锦精密工业(深圳)有限公司和重庆墨希科技有限公司这6家公司是中国地区在石墨烯领域专利申请量最多的企业,其中海洋王照明科技股份有限公司以424件专利居申请人排名榜首。
海洋王照明科技股份有限公司的主营业务为照明工程,这与石墨烯似乎关系不大,可以看到,海洋王从2010年才开始申请专利,当年申请量为44件,而2012年的申请量跃升至253件,可见其在石墨烯领域近年投入颇大,而其专利布局涵盖石墨烯的制备技术、复合材料的制备以及石墨烯在储能器件、传感器、有机电致发光器件等应用技术。结合海洋王目前的业务领域,其在石墨烯领域现阶段主要做前段研究和专利储备,未来可能会根据市场需求开发产品。
从技术布局上看,京东方科技集团股份有限公司在石墨烯领域的研发主要在应用技术领域,主要为显示器件,这与主营业务密切结合,未来有可能推出石墨烯显示屏。
深圳欧菲光科技股份有限公司从事精密光电薄膜元器件的开发与生产,其在石墨烯领域申请的专利主要涉及触摸显示装置,可见欧菲光的研发重点在石墨烯触摸屏。
三星集团在中国也有较多的专利布局,涵盖石墨烯的制备以及在半导体器件、锂电池和显示装置等应用技术,而且三星集团已与成均馆大学、汉阳大学、首尔大学、韩国科学技术院、蔚山科学技术大学、清华大学等开展技术合作。
富士康旗下鸿富锦精密工业(深圳)有限公司也开始涉足石墨烯领域,其技术布局也涵盖制备和应用技术,而清华大学无疑是其在石墨烯领域的重要技术合作者,有69件专利为鸿富锦和清华大学的合作申请。
成立于2013年的重庆墨希科技有限公司,为北京墨烯控股集团股份有限公司与中国科学院重庆绿色智能技术研究院合作合资成立的高新技术企业,根据公司官方资料显示,公司于2013年底已建成全球首条大规模石墨烯薄膜生产线,其专利申请以制备技术为主,根据公司目前的市场定位,未来将不断加强石墨烯工业化生产技术的专利布局,同时拓展石墨烯应用技术的专利布局。
中国在石墨烯领域由“后起”发展成“新秀”,与前几年研发主体被大学和研究所独揽相比,越来越多的企业参与研发和产业化生产,石墨烯的产业化发展逐步向前推进,而石墨烯的下游应用多点开花,市场潜力巨大,“超级材料”石墨烯未来或将改变我们的生活!
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