石墨烯，是當前世界上最薄、最輕、最硬、導電性最好而且擁有強大靈活性的納米材料。它的強大能力常常令人咋舌。一塊1厘米厚的石墨烯板，能夠讓一頭5噸重的成年大象穩(wěn)穩(wěn)站在上面;用石墨烯做的手機電池，一秒內(nèi)就能把電充滿;以石墨烯為材料的平板電腦，可以隨意折疊成手機大小放在口袋里。在電子、航天軍工、新能源新材料等領(lǐng)域也有著廣泛應用。

    11月25日，在中科院文獻情報中心產(chǎn)業(yè)情報研究中心主辦的第20期《產(chǎn)業(yè)技術(shù)情報》發(fā)布會上，研究人員詳細梳理了石墨烯在超級電容器和生物傳感器方面的應用情況，首次將兩個發(fā)布主題聚焦于同一領(lǐng)域，并基于權(quán)威數(shù)據(jù)庫分析，對兩者未來的發(fā)展趨勢作出研判。

    石墨烯超級電容器技術(shù)：中國處于快速增長期

    當今能源及環(huán)境問題日趨嚴重，以新能源電動汽車為代表的綠色交通工具的發(fā)展需求越來越大。而解決其制動能量回收系統(tǒng)的問題是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之一，因此產(chǎn)業(yè)對兼顧高能量密度與高功率密度的電化學儲能器件的需求越來越迫切。與此同時，超級電容器因具備使用壽命長、充電時間短等優(yōu)點，被賦予較大期待。石墨烯超級電容器主要研究領(lǐng)域包括：用于電極材料的過渡金屬氧化物、活化煤以及氮摻雜石墨烯、集電器表面等方面，涉及技術(shù)包括氧化石墨烯單體、過度金屬氧化物、氮摻雜、煤活化等。

    隨著2004年英國曼徹斯特大學物理學家發(fā)現(xiàn)石墨烯的分離制備方法，石墨烯在超級電容器中的應用也逐漸開始迅速發(fā)展，專利年發(fā)表數(shù)量快速增長，于2012年達到峰值每年280項。目前相關(guān)技術(shù)專利平均在每年250項左右。中國的石墨烯超級電容器領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展2009年起迅猛增長，年申請量迅速超過每年100項，于2012年達到峰值，此后基本保持在每年120項以上，處于快速增長期。

    記者發(fā)現(xiàn)，在石墨烯超級電容器技術(shù)專利權(quán)人排名中，前25名專利權(quán)人中數(shù)量最多的是來自中國的機構(gòu)(17家)。排名前5位的依次是：海洋王照明科技股份有限公司、中國科學院、韓國三星公司、美國Nanotek儀器公司和浙江大學。

    “從產(chǎn)業(yè)技術(shù)情報發(fā)布的內(nèi)容來看，我們國家在石墨烯領(lǐng)域的論文和專利的數(shù)量還是比較可觀的，這些數(shù)據(jù)充分反映了我們國家的科技活力。”清華大學化工系教授騫偉中說。

    他介紹，目前石墨烯的主要制造市場和應用市場均在中國，國內(nèi)的眾多機構(gòu)在該領(lǐng)域進行了專利布局。北京和江蘇已分別成為國家石墨烯發(fā)展和研發(fā)較為集中的地區(qū)，未來5年到10年這些地區(qū)還將在石墨烯領(lǐng)域進行大力布局。

    “從產(chǎn)業(yè)化角度來看，目前石墨烯電容器領(lǐng)域技術(shù)更多地集中在高校實驗室，離產(chǎn)業(yè)化還有一段路要走。我們國家應推動高校和企業(yè)的銜接，大力推動石墨烯電容器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。”騫偉中建議。

    石墨烯生物傳感器：

    中國SCI發(fā)文量位列第一

    石墨烯因其特殊的納米結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的光學、電學等特性以及良好的生物相容性，迅速成為生物傳感器研究中的熱點材料，并成功檢測多種生物小分子、DNA、酶、蛋白質(zhì)以及細胞等。

    “生物傳感器是生命分析化學及生物醫(yī)學領(lǐng)域中的重要研究方向，已廣泛應用于臨床疾病診斷和治療研究。但石墨烯生物傳感器目前處于實驗室階段，還未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。”國家納米科學中心博士研究生史濟東說。

    據(jù)中科院文獻情報中心研究人員介紹，石墨烯用于生物傳感器領(lǐng)域研究的重點集中在以下兩個方面：一是石墨烯電化學生物傳感器，包括安倍型傳感器、電化學發(fā)光型和場效應晶體管型等，涉及酶傳感器(用于檢測過氧化氫、葡萄糖、抗壞血酸、多巴胺、尿酸等)、免疫傳感器(用于檢測病毒、細菌、癌癥標志物等)、DNA傳感器、蛋白質(zhì)傳感器等;二是石墨烯光學生物傳感器，包括熒光傳感器和基于共振能量轉(zhuǎn)移傳感器。

    石墨烯用于生物傳感器領(lǐng)域的SCI論文發(fā)文年代分布呈現(xiàn)出如下特征：2005年至2009年發(fā)文量相對較少，年發(fā)文量不超過100篇，主要來自美國和中國，研究進展相對緩慢，處于技術(shù)孕育期;隨著2010年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因在石墨烯材料方面的研究獲得諾貝爾物理學獎，全球石墨烯用于生物傳感器領(lǐng)域的SCI發(fā)文量增長趨勢逐漸明顯，其中2015年SCI發(fā)文量突破了2300篇，相關(guān)技術(shù)進入快速成長階段。

     統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球共有85個國家和地區(qū)開展了石墨烯用于生物傳感器的相關(guān)研究，其中中國、美國、印度等10個國家和地區(qū)在石墨烯用于生物傳感器領(lǐng)域的SCI發(fā)文量占總量的81.61%。其中中國在該研究中占有明顯優(yōu)勢，發(fā)文量占全部論文的47.76%;位居第2位的是美國，發(fā)文量占全部論文的9.39%。

   在高被引論文方面，石墨烯用于生物傳感器領(lǐng)域的SCI論文屬于ESI高被引論文有345篇，來自35個國家和地區(qū)。其中ESI高被引論文主要來自中國(176篇)、美國(86篇)、新加坡(39篇)、韓國(23篇)和印度(15篇)。

    值得一提的是，前10位ESI高被引SCI論文中，有6篇發(fā)文來自中國福州大學、中科院長春應用化學研究所、清華大學和中科院上海應用物理研究所4家機構(gòu)，可以看出中國在該技術(shù)領(lǐng)域擁有一定的技術(shù)優(yōu)勢。
 


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