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。一塊一厘米厚的石墨烯板，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；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。

　　自石墨烯誕生以來，人們便對(duì)這個(gè)新材料的研發(fā)與應(yīng)用前景興趣濃厚，也使其也成了資本和市場(chǎng)追逐的寵兒，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)庫分析，對(duì)二者的未來發(fā)展趨勢(shì)作出研判。

　　清華大學(xué)化工系教授騫偉中和國家納米科學(xué)中心博士研究生史濟(jì)東，作為特邀專家參加了此次發(fā)布活動(dòng)，并結(jié)合自己目前所從事的研究工作，與參會(huì)人員進(jìn)行了交流討論。

　　石墨烯超級(jí)電容器技術(shù)：中國處于快速增長(zhǎng)期

　　當(dāng)今能源及環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，以新能源電動(dòng)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(dòng)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(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、可顯示存電量、材料無限、低溫性能良好等優(yōu)點(diǎn)，被賦予較大期待。

　　石墨烯具有良好的電化學(xué)性能、抗拉伸性能和易與其他活性材料合成的結(jié)構(gòu)，與活性炭類似，可以作為良好穩(wěn)定的負(fù)極材料，被漸漸應(yīng)用到超級(jí)電容器電容材料中。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(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)用也逐漸開始迅速發(fā)展，專利年發(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)專利平均在每年250項(xiàng)左右。

　　中國的石墨烯超級(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。

　　根據(jù)專利技術(shù)來源分布來看，目前掌握著石墨烯超級(jí)電容器技術(shù)的主要國家或地區(qū)依次為中國（51%）、美國（20%）、韓國（15%）和日本（4%）、歐盟（2%）、和加拿大（2%），其專利總和超過全球?qū)＠偭康?0%。

　　在國際市場(chǎng)布局上，中國主要關(guān)注于本土專利布局，申請(qǐng)比例達(dá)90%左右，此外在美國、日本及WO、EP也有少量申請(qǐng)。相比之下，美國、韓國除本土申請(qǐng)外，均在該領(lǐng)域的各主要技術(shù)市場(chǎng)進(jìn)行了大量海外布局，如中國、日本、加拿大等地區(qū)，競(jìng)爭(zhēng)較為激烈。

　　記者發(fā)現(xiàn)，在石墨烯超級(jí)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(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、中國科學(xué)院、韓國三星公司、美國Nanotek儀器公司和浙江大學(xué)。其實(shí)，中國、韓國、美國發(fā)表專利數(shù)量最多的專利權(quán)人均是企業(yè)。

　　“從產(chǎn)業(yè)技術(shù)情報(bào)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?！彬q偉中說。

　　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，國內(nèi)的眾多機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域進(jìn)行了專利布局。北京和江蘇已分別成為國家石墨烯發(fā)展很研發(fā)的較為集中的地區(qū)，未來5年到10年這些地區(qū)還將在石墨烯領(lǐng)域進(jìn)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)更多的集中在高校實(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?！彬q偉中建議。

　　石墨烯生物傳感器：中國SCI發(fā)文量位列第一

　　自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯因其特殊的納米結(jié)構(gòu)以及優(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，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?！笔窛?jì)東說。

　　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)鞲衅鳎ㄓ糜跈z測(cè)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(cè)病毒、細(xì)菌、癌癥標(biāo)記物等）、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100篇，主要來自美國和中國，研究進(jìn)展相對(duì)緩慢，處于技術(shù)孕育期。隨著2010年英國曼徹斯特大學(xué)的物理學(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)以后，全球石墨烯用于生物傳感器SCI發(fā)文量增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸明顯，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SCI發(fā)文量前10位國家依次是中國、美國、印度、韓國、伊朗、***、新加坡、英國、日本和澳大利亞，上述10個(gè)國家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%。其中中國在該主題的研究中占有明顯優(yōu)勢(shì)，其發(fā)文量占全部論文的47.76%，位居第2位的是美國，其發(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SCI論文屬于ESI高被引論文有345篇，來自35個(gè)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(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)，3篇來自美國西北大平陽國家實(shí)驗(yàn)室、中弗羅里達(dá)大學(xué)和美國海軍3家機(jī)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(shì)。