2015中国（宁波）国际新材料科技及产业博览会于11月30日至12月2日在宁波国际会展中心盛大举行。在此次博览会中，中科院宁波材料所石墨烯技术研究团队首次展览了他们的最新成果——千米级连续成卷的石墨烯薄膜和系列柔性电子应用技术，受到了参观者的广泛关注。在展台上，观众们可以清楚看到石墨烯薄膜从铜箔卷材到高分子卷材再到终端应用的技术链条，充分显示了石墨烯薄膜卷对卷制备技术的优势及其对于下游应用开发的实用性。
石墨烯是只有一个碳原子层厚的二维材料，具有自然界最为简单的结构却展现出超出寻常的特性。这些卓越的性能使得它自2004年被发现以来就受到科学界的广泛关注并引起全世界的研究热潮，在2010年其发明人就被授予诺贝尔物理学奖。深入研究表明石墨烯薄膜可以应用于显示器、触摸屏、太阳能、传感器、光电器件以及晶体管等领域，并产生革命性的作用。尤其石墨烯薄膜作为柔性透明导电薄膜的应用，可以兼顾光学、电学和力学三方面的优良特性，是下一代透明导电薄膜的最佳选择，并极可能在未来五年内普及应用。
至今，国内外在石墨烯薄膜生长控制方面已有较为系统的研究，且可以很好地掌控石墨烯单晶/单层/多层薄膜的生长。但是，石墨烯薄膜制备技术仍然面临尺寸小、转移难和成本高等瓶颈问题，难以满足产业化应用的需求。石墨烯薄膜主要通过在管式炉中的化学气相沉积来制备，传统的静态生长法使得石墨烯薄膜大小受限于管式炉的尺寸，严重制约石墨烯薄膜的规模化制备。此外，石墨烯薄膜需要通过转移到柔性透明基材上才能发挥其柔性透明导电的特性，现已发展的转移方法存在污染残留、转移破损和成本高等问题，造成石墨烯薄膜良率低、成本高。国内外石墨烯薄膜企业公开报道的制备成本均高于300元/平方米。据市场调研，如果石墨烯薄膜要替代ITO，其制备成本必须低于100元/平方米才具备市场竞争力。
中科院宁波材料所石墨烯技术研究团队自2012年以来潜心开展石墨烯薄膜的卷对卷生长与转移技术研究。研究团队从原型设备设计出发，在2014年成功研制出首台石墨烯薄膜卷对卷生长小型设备，成功实现8厘米宽幅、百米级长度的石墨烯薄膜的连续制备，解决了相应的动态生长工艺与设备匹配等难题。2015年研究团队又研制出第二代石墨烯薄膜卷对卷生长中型设备，实现了20cm宽幅、千米级长度的石墨烯薄膜的连续制备，卷对卷制备速度可达1米/分钟，石墨烯单层率达99%。研究团队还创新了一种化学插层技术用于石墨烯薄膜从铜箔生长基体向高分子基材的转移，不仅保障了石墨烯薄膜的完整性，还极大降低了石墨烯转移成本。所得石墨烯薄膜的方阻可达200 ohm/□，成本预计小于50元/平方米，与ITO薄膜相比具有较大的性能和成本优势，应用前景非常广阔。
研究团队进一步开展了石墨烯柔性电子器件，包括柔性加热膜、柔性光电和柔性调光膜等。利用石墨烯薄膜制成的石墨烯加热膜，不仅具备柔性透明的特色外，石墨烯还可以远红外形式辐射热量，具备美观和理疗等优点，适合家用的墙暖和地暖等加热设施。利用石墨烯柔性透明导电的特性，实现了基于石墨烯薄膜的柔性LED灯显示，可解决传统光电玻璃的大尺寸加工难、运输和安装成本高等问题，有望在广告和装饰等商业领域取得广泛应用。石墨烯调光膜通过石墨烯薄膜与液晶的组合可以实现对光线的调制，具有透明或者隔断的功能，可应用于会议室阻隔、浴室阻隔和智能窗户等领域。研究团队将进一步开发基于石墨烯薄膜的柔性触控和柔性显示等功能，促进石墨烯薄膜在可穿戴电子设备中的应用， 让石墨烯带来美好生活。
本文转载来源：中国科学院宁波工业技术研究院