石墨烯優異的性能使其在多個領域具備“顛覆”潛力,廣泛地應用于電池電極材料、半導體器件、復合材料制備、透明顯示觸摸屏等方面。

“專利眼”透視新政下新材料石墨烯研究走向

日前,工業和信息化部等三部委聯合出臺《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》,十余支石墨烯概念股齊齊漲停。針對這一新政,來自北京路浩知識產權聯盟的專家從專利角度分析了新政下中國石墨烯的研究走向。

2015中國國際石墨烯創新大會透露,新材料將納入“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃,而石墨烯正是新材料領域的重點發展對象。據專家介紹,石墨烯是迄今為止自然界最薄、強度最高的材料,具備極高的透光性和極大的比表面積,是目前已知室溫下最好的導電和導熱材料。石墨烯優異的性能使其在多個領域具備“顛覆”潛力,廣泛地應用于電池電極材料、半導體器件、復合材料制備、透明顯示觸摸屏等方面。

“中國在石墨烯領域的專利申請趨勢與全球申請趨勢類似,且申請量占有較大比重,可以看出中國在全球石墨烯技術研究中的重要地位?!北本┞泛浦R產權聯盟咨詢師杜藝瑩介紹,2005年以前,石墨烯相關技術研究熱度較低,專利申請量很少,2006年以后,尤其是2009年以后,專利申請量呈迅猛增長趨勢。其中,我國在石墨烯研究領域申請的專利項占全球總數的50%以上,在該領域專利量具有絕對優勢。目前,中國已經形成了政府、科研機構、研發和應用企業協同創新的政產學研合作對接機制,對中國石墨烯的技術研究起到了強大的推動作用。

“專利眼”透視新政下新材料石墨烯研究走向

此外,北京路浩知識產權聯盟的專家通過檢索還發現,在石墨烯的應用上,我國也已經獲得了重大的研究成果,研究方向主要集中在石墨烯電極等應用領域。其中,中科院重慶綠色智能技術研究院成功研制出國內首片15英寸的單層石墨烯,可以作為透明電極的材料,該技術獲得了中國發明專利。該項專利提供了一種石墨烯復合材料透明電極及其制備方法和應用,能結合導電高分子和石墨烯二者的優點,制成的石墨烯復合材料透明電極兼顧導電性、透光率及柔性的特性,該透明電極可以在制作觸摸屏、太陽能電池、有機發光二極管、液晶顯示屏、薄膜晶體管、柔性電子產品或可穿戴式電子產品中應用。

此外,中國寶安子公司貝特瑞是國內知名的鋰電池負極材料生產商,一直致力于石墨烯在動力電池材料方面的應用研究,在石墨烯應用到鋰電池電極的制備中獲得多項專利證書,例如其提交的一項專利申請,公開了一種石墨烯基復合負極材料的制備方法及制得的負極材料和鋰離子電池,用該方法制得的負極材料包括石墨和均勻分布于石墨當中的納米石墨烯片層結構,兩相緊密接觸,具有結構穩定、高比容量、高電導率、高倍率性能、優異的吸液性能和循環性能。其研制的石墨烯產品目前已小量試產,若能大量應用到負極材料中,將極大提升其性能,對國內鋰電池發展起到強大的推動作用。

“國際專利分類號(IPC)包含了專利的技術信息,通過對石墨烯相關專利進行IPC統計分析,可以看出,石墨烯專利技術主要集中于石墨烯的制備,分類號為C01B31。其次是石墨烯在電極制備上的應用,分類號為H01M4。由此可見,除了對石墨烯本身制備的研究外,其應用研究涉及最多的是用作電池電極材料。”杜藝瑩通過研究大量資料后發現,由于石墨烯具有良好的導電性能和倍率性能,將其應用于鋰離子電池負極材料中,可以大幅度提高負極材料的電容量和大倍率充放電性能,是一種理想的電極材料。此外,石墨烯還可以用于改性其他非碳基負極材料,目前研究的主要以錫基、硅基以及過渡金屬類為主的鋰離子電池非碳基負極材料,其缺點是在嵌鋰、脫鋰過程中體積膨脹收縮變化明顯,石墨烯摻雜改性后的復合材料能改善這兩種材料單獨使用時的缺點。當然,石墨烯在鋰電池正極材料改性及導電添加劑方面也有應用,石墨烯的高比表面積及其優異的電子傳輸能力,能有效改善正極材料的導電性能,提高鋰離子的擴散傳輸能力。又因為一直以來,智能手機等終端發展迅速,但其續航能力始終是最大短板,石墨烯用作電池的電極可以大大縮短終端的充電時間,這也將推動石墨烯在電極領域的應用研究。

[責任編輯:陳語]

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