2015中國（寧波）國際新材料科技及產(chǎn)業(yè)博覽會于11月30日至12月2日在寧波國際會展中心盛大舉行。在此次博覽會中，中科院寧波材料所石墨烯技術研究團隊首次展覽了他們的最新成果——千米級連續(xù)成卷的石墨烯薄膜和系列柔性電子應用技術，受到了參觀者的廣泛關注。在展臺上，觀眾們可以清楚看到石墨烯薄膜從銅箔卷材到高分子卷材再到終端應用的技術鏈條，充分顯示了石墨烯薄膜卷對卷制備技術的優(yōu)勢及其對于下游應用開發(fā)的實用性。
石墨烯是只有一個碳原子層厚的二維材料，具有自然界最為簡單的結構卻展現(xiàn)出超出尋常的特性。這些卓越的性能使得它自2004年被發(fā)現(xiàn)以來就受到科學界的廣泛關注并引起全世界的研究熱潮，在2010年其發(fā)明人就被授予諾貝爾物理學獎。深入研究表明石墨烯薄膜可以應用于顯示器、觸摸屏、太陽能、傳感器、光電器件以及晶體管等領域，并產(chǎn)生革命性的作用。尤其石墨烯薄膜作為柔性透明導電薄膜的應用，可以兼顧光學、電學和力學三方面的優(yōu)良特性，是下一代透明導電薄膜的最佳選擇，并極可能在未來五年內(nèi)普及應用。
至今，國內(nèi)外在石墨烯薄膜生長控制方面已有較為系統(tǒng)的研究，且可以很好地掌控石墨烯單晶/單層/多層薄膜的生長。但是，石墨烯薄膜制備技術仍然面臨尺寸小、轉移難和成本高等瓶頸問題，難以滿足產(chǎn)業(yè)化應用的需求。石墨烯薄膜主要通過在管式爐中的化學氣相沉積來制備，傳統(tǒng)的靜態(tài)生長法使得石墨烯薄膜大小受限于管式爐的尺寸，嚴重制約石墨烯薄膜的規(guī)；苽。此外，石墨烯薄膜需要通過轉移到柔性透明基材上才能發(fā)揮其柔性透明導電的特性，現(xiàn)已發(fā)展的轉移方法存在污染殘留、轉移破損和成本高等問題，造成石墨烯薄膜良率低、成本高。國內(nèi)外石墨烯薄膜企業(yè)公開報道的制備成本均高于300元/平方米。據(jù)市場調研，如果石墨烯薄膜要替代ITO，其制備成本必須低于100元/平方米才具備市場競爭力。
中科院寧波材料所石墨烯技術研究團隊自2012年以來潛心開展石墨烯薄膜的卷對卷生長與轉移技術研究。研究團隊從原型設備設計出發(fā)，在2014年成功研制出首臺石墨烯薄膜卷對卷生長小型設備，成功實現(xiàn)8厘米寬幅、百米級長度的石墨烯薄膜的連續(xù)制備，解決了相應的動態(tài)生長工藝與設備匹配等難題。2015年研究團隊又研制出第二代石墨烯薄膜卷對卷生長中型設備，實現(xiàn)了20cm寬幅、千米級長度的石墨烯薄膜的連續(xù)制備，卷對卷制備速度可達1米/分鐘，石墨烯單層率達99%。研究團隊還創(chuàng)新了一種化學插層技術用于石墨烯薄膜從銅箔生長基體向高分子基材的轉移，不僅保障了石墨烯薄膜的完整性，還極大降低了石墨烯轉移成本。所得石墨烯薄膜的方阻可達200 ohm/□，成本預計小于50元/平方米，與ITO薄膜相比具有較大的性能和成本優(yōu)勢，應用前景非常廣闊。
研究團隊進一步開展了石墨烯柔性電子器件，包括柔性加熱膜、柔性光電和柔性調光膜等。利用石墨烯薄膜制成的石墨烯加熱膜，不僅具備柔性透明的特色外，石墨烯還可以遠紅外形式輻射熱量，具備美觀和理療等優(yōu)點，適合家用的墻暖和地暖等加熱設施。利用石墨烯柔性透明導電的特性，實現(xiàn)了基于石墨烯薄膜的柔性LED燈顯示，可解決傳統(tǒng)光電玻璃的大尺寸加工難、運輸和安裝成本高等問題，有望在廣告和裝飾等商業(yè)領域取得廣泛應用。石墨烯調光膜通過石墨烯薄膜與液晶的組合可以實現(xiàn)對光線的調制，具有透明或者隔斷的功能，可應用于會議室阻隔、浴室阻隔和智能窗戶等領域。研究團隊將進一步開發(fā)基于石墨烯薄膜的柔性觸控和柔性顯示等功能，促進石墨烯薄膜在可穿戴電子設備中的應用， 讓石墨烯帶來美好生活。
成卷的石墨烯薄膜
石墨烯智能調光膜演示
