透明的手機屏幕可以任意彎曲、超薄的電腦屏幕像紙一樣輕、電動汽車充電只需一分鐘……這些經(jīng)常出現(xiàn)在科幻電影中的技術(shù)，伴隨著石墨烯材料的問世，將有可能從“夢想照進現(xiàn)實”。

2010年，英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因為成功分離出了石墨烯而獲得了諾貝爾物理學獎。此后，世界各地的企業(yè)和研究機構(gòu)對石墨烯的興趣呈爆炸性增長。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至今年5月，全球在石墨烯領(lǐng)域提交的專利申請數(shù)量已達到9218件，并且還以每年19%的速度增長。值得一提的是，中國企業(yè)和研究機構(gòu)在石墨烯領(lǐng)域的專利申請數(shù)量最多、增幅最快。

雖然我國在石墨烯領(lǐng)域的專利申請數(shù)量增速明顯，但專利技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的實例仍然較少。對此，業(yè)內(nèi)人士表示，在石墨烯領(lǐng)域，多數(shù)專利申請人集中在高校和研究機構(gòu)等科研單位，應該加強產(chǎn)學研結(jié)合，從而加快專利技術(shù)的轉(zhuǎn)化和生產(chǎn)。專家同時建議，在加大對中小型企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化扶持力度的同時，在科研成果評比中應加大工業(yè)應用所占比重，從而加大專利技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化力度。

“諾獎”催生研究熱潮

產(chǎn)品應用前景廣闊

石墨烯一直被認為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨穩(wěn)定存在。直至2004年，英國物理學家成功地從石墨中分離出石墨烯。石墨烯一經(jīng)問世，立刻引起全世界的研究熱潮。究其原因，江蘇省石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長蔣旭在接受中國知識產(chǎn)權(quán)報記者采訪時認為，石墨烯之所以引發(fā)全世界的關(guān)注，一是英國物理學家因成功分離出石墨烯獲得諾貝爾獎帶來的“諾獎”效應；二是現(xiàn)有的能源和材料已經(jīng)面臨枯竭，如何發(fā)掘新能源和新材料是人類亟需解決的問題，而石墨烯單層晶體的研制成功，使其有望代替碳或硅，成為推動科技進步的新材料。

石墨烯是只有一個碳原子厚度的二維材料，它是已知材料中最薄、最堅硬的納米材料。石墨烯的硬度是鋼鐵的200倍，如果用石墨烯制成相當于普通塑料袋厚度的薄膜，它可以承受大約2噸重的物品。雖然石墨烯的硬度很高，但其厚度只有紙張的200萬分之一,并且可以隨意彎曲。此外，石墨烯具有極強的導電和導熱能力。在室溫狀態(tài)下，石墨烯傳遞電子的速度比已知導體都快。

“由于具有硬度高、柔韌性強的特點，目前石墨烯主要應用在2個領(lǐng)域，石墨烯電池和石墨烯透明導電薄膜。” 蔣旭告訴記者，近幾年，國家提出推廣電動汽車的發(fā)展規(guī)劃，但由于電動汽車電池的續(xù)航能力差、充電時間較長，電池容量遠不能滿足人們的日常要求，而以石墨烯為材料制作的超級電容器可以實現(xiàn)短時間內(nèi)充電，甚至是一分鐘充電，這使得電動汽車的大面積普及成為可能。此外，石墨烯可以制作透明導電薄膜，未來有望出現(xiàn)像紙一樣輕薄，并可以任意彎曲的電子屏幕。

記者在采訪中了解到，從長遠看，石墨烯還可以運用于醫(yī)學、運輸?shù)阮I(lǐng)域。比如，采用石墨烯替代現(xiàn)在化妝品中的重金屬；利用石墨烯制造的無毒害透明膠布，貼在傷口后可以起到隔絕細菌的功能。

專利申請熱度持續(xù)

積極開展專利布局

隨著石墨烯研究熱潮的不斷升溫，全球多家企業(yè)和研究機構(gòu)在石墨烯領(lǐng)域也開始積極進行專利布局。國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局化學發(fā)明審查部審查員田丁丁在接受本報記者采訪時介紹，2004年到2012年，全球多個國家和地區(qū)在石墨烯領(lǐng)域的專利申請量都呈現(xiàn)增長趨勢，其中我國提交的專利申請數(shù)量增幅最大，尤其在2008年到2012年間，專利申請數(shù)量幾乎是以每年翻倍的速度增加。

 “經(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)，2008年之前，國內(nèi)申請人在石墨烯領(lǐng)域提交的專利申請數(shù)量每年不足50件，但從2010年開始出現(xiàn)暴增，2010年、2011年、2012年的專利申請數(shù)量分別為500多件、900多件、1300多件。” 田丁丁向本報記者介紹，石墨烯專利申請數(shù)量的持續(xù)增長表明我國對石墨烯的研究熱度仍在持續(xù)上升，研究人員隊伍正在迅速壯大。

記者在采訪中了解到，由于石墨烯具有高硬度、高透明度的特性，其在物理領(lǐng)域也得到了廣泛應用。截至目前，有關(guān)石墨烯的專利申請不僅包括石墨烯的制備方法，還涵蓋了人類日常生活的方方面面。

“國內(nèi)企業(yè)和研究機構(gòu)在石墨烯領(lǐng)域的專利申請主要集中在3個方面，分別是石墨烯的制備方法、由石墨烯制作的電子元件，比如電池、晶體管等，以及半導體材料、復合材料、鋰電極、化學催化劑等。”田丁丁在接受本報記者采訪時介紹。

對于國內(nèi)石墨烯領(lǐng)域的專利申請現(xiàn)狀，蔣旭表示，我國的專利申請主要集中在科研領(lǐng)域，比如碳納米管領(lǐng)域的復合材料、應用技術(shù)等。據(jù)悉，蔣旭的另外一個身份是南京先豐納米材料科技有限公司（下稱先豐納米）的總經(jīng)理，他向記者介紹，在石墨烯領(lǐng)域，先豐納米研發(fā)了眾多產(chǎn)品，并針對主要創(chuàng)新點及關(guān)鍵技術(shù)提交了相關(guān)專利申請，如大面積石墨烯的異地應用技術(shù)、石墨烯透明導電薄膜等。此外，先豐納米還提交了多件實用新型專利申請，并和合作伙伴共同提交了1件發(fā)明專利申請。

“專利布局的不斷完善不僅幫助先豐納米的石墨烯產(chǎn)品在國內(nèi)市場的占有率不斷提高，還遠銷美國、英國、新加坡、澳大利亞、瑞典以及日韓等國家。”蔣旭表示。

建言出臺鼓勵措施

加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化效率

雖然國內(nèi)企業(yè)和研究機構(gòu)在石墨烯領(lǐng)域的專利申請數(shù)量不斷增長，但鮮有專利技術(shù)轉(zhuǎn)化為科技成果的實例。“在國內(nèi)，石墨烯領(lǐng)域的專利技術(shù)大部分還停留在科研階段。”蔣旭建議，為推動專利技術(shù)向科技成果的轉(zhuǎn)化進度，國家相關(guān)部門應出臺相關(guān)鼓勵政策，在科研成果的評比中加大工業(yè)應用所占比重，使其直接與科研成果掛鉤；此外，應加大對中小型企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化的扶持力度和評價體系的構(gòu)建。

從事化學領(lǐng)域?qū)＠麑彶榈奶锒《∫恢标P(guān)注石墨烯技術(shù)轉(zhuǎn)化為科技成果的進程。她介紹，在國內(nèi)，從事石墨烯研究的主要是高校和研究機構(gòu)，它們具備雄厚的研究力量，是石墨烯技術(shù)的主要專利申請人。而國內(nèi)企業(yè)在科研方面的投入力度遠遜于國外企業(yè)，在石墨烯領(lǐng)域提交專利申請的公司更是少之又少。對此，田丁丁建議，國內(nèi)企業(yè)和高校應該加強產(chǎn)學研平臺建設(shè)，全面整合研究資源和研究項目，加強雙方的科技成果攻關(guān)和轉(zhuǎn)化，進而從整體上提升和擴展我國在石墨烯領(lǐng)域的研發(fā)能力和生產(chǎn)能力。

除了產(chǎn)業(yè)化程度有待提高外，石墨烯產(chǎn)業(yè)面臨的另一大問題就是：雖然國內(nèi)的專利申請數(shù)量增幅很快，但國內(nèi)企業(yè)通過《專利合作條約》（PCT）途徑提交的國際專利申請數(shù)量卻很少，這將使國內(nèi)企業(yè)在海外市場面臨巨大的知識產(chǎn)權(quán)風險。蔣旭表示，如果沒有專利支撐，國內(nèi)企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)的石墨烯相關(guān)產(chǎn)品很難進入國外市場，即便進入國外市場，也有可能遭遇潛在的專利風險。對此，田丁丁建議，國內(nèi)企業(yè)應該加大PCT國際專利申請的深度、力度和廣度。與此同時，企業(yè)應盡快培養(yǎng)綜合性、國際性的專利人才，加強企業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)布局。

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石墨烯的應用前景

如果說20世紀是硅的世紀，石墨烯則開創(chuàng)了21世紀的新材料紀元，將給世界帶來實質(zhì)性變化。因為石墨烯特殊的結(jié)構(gòu)形態(tài)，使其成為目前世界上最硬、最薄的材料，并具有很強的柔韌性、導電性和導熱性。這些極其特殊的特性使石墨烯擁有無比巨大的發(fā)展空間，未來可以應用于電子、航天、光學、儲能、生物醫(yī)藥、日常生活等多個領(lǐng)域。

石墨烯的應用前景非常廣泛，主要包括以下幾個方面：在納電子器件方面，把石墨烯加入電池電極材料中可以大大提高充電效率，提高電池容量；石墨烯有望代替硅生產(chǎn)超級計算機，石墨烯是目前已知材料中導電性能最出色的材料，為此，研究人員甚至將石墨烯看作是硅的替代品，用來生產(chǎn)未來的超級計算機；在光子傳感器方面，有研究者已經(jīng)研制出了石墨烯光電探測器，接下來的研究方向便是基于石墨烯的太陽能電池和液晶顯示屏，正因為石墨烯是透明的，用它制造的電板比其他材料具有更優(yōu)良的透光性；在基因電子測序方面，由于石墨烯的厚度小于DNA鏈中相鄰堿基之間的距離以及DNA四種堿基之間存在電子指紋，因此，石墨烯有望實現(xiàn)直接、快速、低成本的基因電子測序技術(shù)。（記者  馮 飛）