未来竞争仅一层石墨烯之隔

石墨烯是最近几年才发现的炭材料新成员，其完美的二维结构和许多奇特的性质，引起了科学家和各硬件厂商的极大兴趣。

石墨烯所蕴含的无限潜力，使得三星、苹果和谷歌等公司开始积累各种与之相关的专利，准备展开一场战略层面的知识产权竞赛，以图在下一代智能设备，即所谓的可穿戴计算设备市场竞争上战胜对手。

三星公司4月29日发布的第一季度收益显示，它的Galaxy设备需求远超出分析师的预期，并在4月份已经在125个国家出售Gear 2 和Gear 2 Neo 智能手表。

谷歌于2012年开始谷歌智能眼镜的原型设计，并于今年4月份举办了一天的闪销会，使得消费者能够以1500美金的价格购买谷歌眼镜。

据称苹果也在准备推出类似手表的可穿戴设备iWatch。

石墨烯可以被用于三个产品种类，手机、记忆芯片和TV电视。而在全球消费电子产品市场份额上，谷歌、苹果、三星瞄准的恰好是这三类产品，也许未来的消费电子产品市场划分，仅为一层石墨烯之隔。

柔性显示让三星在石墨烯上更着急

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，是已知材料中最薄的一种，质地非常牢固坚硬；石墨烯的导电能力比硅快100倍，它的导电性能像铜一样优秀，可以大幅提升半导体的速度，对大电流密度的耐受性又比铜好；石墨烯的导热性能比已知的任何材料都要出色；石墨烯很透明，垂直入射的可见光只有很小一部分(2.3%)会被石墨烯吸收，而绝大部分的光都会透过去；石墨烯又很致密，连氦原子(最小的气体分子)也不能穿过去。

这些源于量子力学的神奇电学、光学特性，决定了石墨烯材料非常牢固和灵活，对于柔性智能手表及可折叠成智能手机的平板电脑等未来的电子设备来说，是制造可弯曲触摸显示屏的理想材料，因此掌握了石墨烯的开发技术就有可能成为公司未来在电子设备市场发展的关键。

三星期待能更快速地找到石墨烯的商用合成技术，未来可装备在可穿戴设备及下一代电子设备的柔性屏幕上，使自己在市场竞争中占据主动地位。

据手机报了解到的信息，三星发布的石墨烯专利，已远超过其他竞争对手。根据美国专利商标局(U.S. Patent and Trademark Office)的数据显示，三星在美国拥有38项专利以及至少17个在发明简介中使用了单词“石墨烯”。 三星在这场石墨烯的知识产权竞赛中，暂时处于领先地位。

苹果目前已拥有至少两项与石墨烯相关的技术。

谷歌、IBM、富士康等公司均已注册了石墨烯专利。

石墨烯产业化艰难

 

尽管石墨烯的研发如火如荼，在学术界、企业界和资本市场备受追捧，但目前制备石墨烯的技术工艺还不成熟，没有达到一致性的品质，而且成品面积都非常小，不能适应工业化应用。

旭日移动终端产业研究所认为各国在石墨烯材料上，都还处在研发阶段，仅止步于专利布局，产业链并没有形成，对石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研机构的研究应用。如何大规模制备高质量、大尺寸、低成本的石墨烯是产业化亟待解决的问题。

三星曾于2010年6月宣布与韩国成均馆大学（Sungkyunkwan University）的研究人员，利用化学气相沉积的方法获得了对角长度为30英寸的石墨烯，并成功将其转移到188微米厚的聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)薄膜上，这一消息令全球震惊，因为实现数十厘米对角线大小的石墨烯片一直是人们的梦想。

然而由于纯净石墨烯的载流子迁移率较高，但同时载流子密度却非常小，因此由两者乘积所决定的导电率未必较高。为解决这一问题，需要掺入提供电子和孔洞的杂质，也就是说需要进行掺杂加工。 成均馆大学和三星等开发出的巨大石墨烯片由于最初的掺杂物（Dopant）随着时间的流逝会逐渐消失等，因此导电率的不稳定，不能使用在最终的商品上。

各方的进度

大陆目前在石墨烯研究方面，研究群体很大、研究成果也很多，浙江大学、清华大学、北京大学、中国科学院金属研究所、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、上海交通大学、东南大学、天津大学等高校及科研机构在石墨烯的制备及应用领域申请了众多专利。据手机报了解，国内机构共申请石墨烯相关的发明专利超过3000项，其中400多项已经获得国家知识产权局的专利授权，在与石墨烯相关的研究论文方面已经超过美国，跃居世界第一。

但是这些专利和论文，主要都集中在石墨烯的制备和石墨烯应用领域，大都是在采用他人成熟的方法基础上微创新，突出性、原创性成果很少。此外还有一个问题就是，我国石墨烯产业应用相对薄弱，仅在导电膜上打转，在石墨烯的生物、量子性能应用等方面没有进展与突破。

2013年10月，欧洲委员会宣布将为长达10年的石墨烯研究和发展提供10亿美金的初始资金。三星尖端技术研究所于4月4日表示他们在成均馆大学的科学家合作后，已经研发出将这种材料在芯片里的应用商业化的方法。

在通道层采用石墨烯的高速晶体管开发方面最积极的企业之一是美国IBM公司。该公司曾于2008年开发出了第一个石墨烯晶体管，并在2010年12月的国际学会“IEDM 2010”上发布了栅长240nm、截止频率为230GHz的石墨烯FET等，在相关研发活动中一直位于领先地位。

在用于触摸面板的石墨烯开发方面，日本产业技术综合研究所也正在试制A4尺寸大小的石墨烯片和触摸面板。其最大优点在于与成均馆大学的方法相比能够在较低温度下制备出石墨烯片，能够采用卷对卷方式进行包括CVD在内的全部工序。

另外，富士通研究所、NTT物性科学基础研究所和美国波音公司（Boing）与美国通用公司的共同研究机构美国休斯研究所（HRL Laboratories, LLC）等众多研究机构和企业也都纷纷加入了开发竞争的行列。

除了采用纯石墨烯外，意在拥有控制带隙和导电率等其他特定功能而制作的石墨烯“亲戚”也在迅速增多。许多物质已经有了新名称。具体有使石墨烯氧化生成的“氧化石墨烯”、在石墨烯（Graphene）中添加氢使之变成像碳化氢一样的“Graphane”。添加了氟的“氟化石墨烯（Fluoro Graphene）”或“GraFane”目前已经被美国杜邦公司（Dupont）制成了氟化碳树脂“Teflon（特富龙）”的2维薄片。

生物安全性没有定论

尽管石墨烯在市场上具有无限潜力，但在其生物安全性问题上，尤其是体外细胞毒性上知之甚少，各研究机构在石墨烯和石墨烯衍生物材料到底对细胞有没有毒性作用上，意见不一。石墨烯及其生物效应和安全性数据目前还很缺乏，对其可能存在的健康和环境风险尚不清楚，需要在分子、细胞以及整体动物层次上，继续深入研究石墨烯及其衍生物与生物体系的相互作用机制。

所以，当韩国首尔国立大学的洪秉熙（Hong Byung Hee）教授表示正在发明大规模制造基于石墨烯的显示屏的专利时，三星拒绝就对洪教授的专利是否感兴趣做出评论，苹果发言人克里斯汀·霍格特(Kristin Huguet)以及谷歌发言人马特·卡尔曼(Matt Kallman)也都拒绝对此做出回应。霍格特还拒绝透露苹果公司有关石墨烯研究的细节。这些公司的态度，除了害怕卷入没办法量产稳定产品的判断失误外，更怕沾染上使用没有安全认证材料的风险之中。至少，石墨烯如果用在与健康、医疗产品相关的可穿戴设备产品上，美国食品和药物管理局的FDA认证这一关不得不过。