石墨烯，是當(dāng)前世界上最薄、最輕、最硬、導(dǎo)電性最好而且擁有強(qiáng)大靈活性的納米材料。它的強(qiáng)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(jī)電池，一秒內(nèi)就能把電充滿(mǎn);以石墨烯為材料的平板電腦，可以隨意折疊成手機(jī)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(yīng)用。
11月25日，在中科院文獻(xiàn)情報(bào)中心產(chǎn)業(yè)情報(bào)研究中心主辦的第20期《產(chǎn)業(yè)技術(shù)情報(bào)》發(fā)布會(huì)上，研究人員詳細(xì)梳理了石墨烯在超級(jí)電容器和生物傳感器方面的應(yīng)用情況，首次將兩個(gè)發(fā)布主題聚焦于同一領(lǐng)域，并基于權(quán)威數(shù)據(jù)庫(kù)分析，對(duì)兩者未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)作出研判。
石墨烯超級(jí)電容器技術(shù)：中國(guó)處于快速增長(zhǎng)期
當(dāng)今能源及環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，以新能源電動(dòng)汽車(chē)為代表的綠色交通工具的發(fā)展需求越來(lái)越大。而解決其制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的問(wèn)題是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之一，因此產(chǎn)業(yè)對(duì)兼顧高能量密度與高功率密度的電化學(xué)儲(chǔ)能器件的需求越來(lái)越迫切。與此同時(shí)，超級(jí)電容器因具備使用壽命長(zhǎng)、充電時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，被賦予較大期待。石墨烯超級(jí)電容器主要研究領(lǐng)域包括：用于電極材料的過(guò)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(guò)度金屬氧化物、氮摻雜、煤活化等。
隨著2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)石墨烯的分離制備方法，石墨烯在超級(jí)電容器中的應(yīng)用也逐漸開(kāi)始迅速發(fā)展，專(zhuān)利年發(fā)表數(shù)量快速增長(zhǎng)，于 2012年達(dá)到峰值每年280項(xiàng)。目前相關(guān)技術(shù)專(zhuān)利平均在每年250項(xiàng)左右。中國(guó)的石墨烯超級(jí)電容器領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展2009年起迅猛增長(zhǎng)，年申請(qǐng)量迅速超過(guò)每年100項(xiàng)，于2012年達(dá)到峰值，此后基本保持在每年120項(xiàng)以上，處于快速增長(zhǎng)期。
記者發(fā)現(xiàn)，在石墨烯超級(jí)電容器技術(shù)專(zhuān)利權(quán)人排名中，前25名專(zhuān)利權(quán)人中數(shù)量最多的是來(lái)自中國(guó)的機(jī)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(guó)科學(xué)院、韓國(guó)三星公司、美國(guó)Nanotek儀器公司和浙江大學(xué)。
“從產(chǎn)業(yè)技術(shù)情報(bào)發(fā)布的內(nèi)容來(lái)看，我們國(guó)家在石墨烯領(lǐng)域的論文和專(zhuān)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(guó)家的科技活力。”清華大學(xué)化工系教授騫偉中說(shuō)。
他介紹，目前石墨烯的主要制造市場(chǎng)和應(yīng)用市場(chǎng)均在中國(guó)，國(guó)內(nèi)的眾多機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域進(jìn)行了專(zhuān)利布局。北京和江蘇已分別成為國(guó)家石墨烯發(fā)展和研發(fā)較為集中的地區(qū)，未來(lái)5年到10年這些地區(qū)還將在石墨烯領(lǐng)域進(jìn)行大力布局。
“從產(chǎn)業(yè)化角度來(lái)看，目前石墨烯電容器領(lǐng)域技術(shù)更多地集中在高校實(shí)驗(yàn)室，離產(chǎn)業(yè)化還有一段路要走。我們國(guó)家應(yīng)推動(dòng)高校和企業(yè)的銜接，大力推動(dòng)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(guó)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(xué)、電學(xué)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(diǎn)材料，并成功檢測(cè)多種生物小分子、DNA、酶、蛋白質(zhì)以及細(xì)胞等。
“生物傳感器是生命分析化學(xué)及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重要研究方向，已廣泛應(yīng)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(shí)驗(yàn)室階段，還未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。”國(guó)家納米科學(xué)中心博士研究生史濟(jì)東說(shuō)。
據(jù)中科院文獻(xiàn)情報(bào)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(diǎn)集中在以下兩個(gè)方面：一是石墨烯電化學(xué)生物傳感器，包括安倍型傳感器、電化學(xué)發(fā)光型和場(chǎng)效應(yīng)晶體管型等，涉及酶?jìng)鞲衅?用于檢測(cè)過(guò)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(cè)病毒、細(xì)菌、癌癥標(biāo)志物等)、DNA傳感器、蛋白質(zhì)傳感器等;二是石墨烯光學(xué)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(duì)較少，年發(fā)文量不超過(guò)100篇，主要來(lái)自美國(guó)和中國(guó)，研究進(jìn)展相對(duì)緩慢，處于技術(shù)孕育期;隨著2010年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)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(xué)獎(jiǎng)，全球石墨烯用于生物傳感器領(lǐng)域的SCI發(fā)文量增長(zhǎng)趨勢(shì)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(jìn)入快速成長(zhǎng)階段。
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球共有85個(gè)國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展了石墨烯用于生物傳感器的相關(guān)研究，其中中國(guó)、美國(guó)、印度等10個(gè)國(guó)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(guó)在該研究中占有明顯優(yōu)勢(shì)，發(fā)文量占全部論文的47.76%;位居第2位的是美國(guó)，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(lái)自35個(gè)國(guó)家和地區(qū)。其中ESI高被引論文主要來(lái)自中國(guó)(176篇)、美國(guó)(86篇)、新加坡(39篇)、韓國(guó)(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(lái)自中國(guó)福州大學(xué)、中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所、清華大學(xué)和中科院上海應(yīng)用物理研究所4家機(jī)構(gòu)，可以看出中國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域擁有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
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