日前，泰州巨納新能源有限公司研製的商用石墨烯飛秒光纖激光器（Fiphene）問世，這也是全球首台商用石墨烯飛秒光纖激光器。同時，該激光器還創造了脈衝(chong) 寬度最短（105fs）和峰值功率最高（70kW）兩(liang) 項石墨烯飛秒光纖激光器世界紀錄。

　　飛秒光纖激光器的應用領域非常廣闊，包括激光成像、全息光譜及超快光子學等科研應用，以及激光材料精細加工、激光醫療（如眼科手術）、激光雷達等領域。傳(chuan) 統的飛秒光纖激光器核心器件——半導體(ti) 飽和吸收鏡（SESAM）采用半導體(ti) 生長工藝製備，成本很高，且技術由國外壟斷。

　　在飛秒光纖激光器領域，石墨烯被認為(wei) 是取代SESAM的最佳材料。2010年諾貝爾物理學獎獲得者撰文預測石墨烯飛秒光纖激光器有望在2018年左右產(chan) 業(ye) 化。要實現真正的產(chan) 業(ye) 化，需要解決(jue) 高質量石墨烯製備、大規模低成本石墨烯轉移、石墨烯與(yu) 光場強相互作用、石墨烯飽和吸收體(ti) 封裝以及激光功率穩定控製等一係列關(guan) 鍵技術。泰州巨納新能源有限公司經過多年持續研究，成功攻克了這些關(guan) 鍵技術，率先實現了石墨烯飛秒光纖激光器的產(chan) 品化，主要性能指標均高於(yu) 同類產(chan) 品，具有很高的性價(jia) 比和很強的市場競爭(zheng) 能力。

　　該產(chan) 品被命名為(wei) Fiphene，取Fiber（光纖）和Graphene（石墨烯）兩(liang) 個(ge) 詞的組合。泰州巨納新能源有限公司計劃以Fiphene為(wei) 平台，推出更多石墨烯光纖激光器產(chan) 品，將石墨烯的應用發展向前推進。

        石墨烯特性、應用以及發展狀況

　　2004年，兩(liang) 位俄裔英籍科學家將石墨烯成功從(cong) 石墨中分離。石墨烯集合世界上最優(you) 質的各種材料品質於(yu) 一身。石墨烯無疑是過去十年，乃至未來幾十年，所有材料“明星”中最耀眼的一顆。如果說20世紀是矽的世紀，神奇的石墨烯則是21世紀新材料的寵兒(er) 。

　　雖然發現至今尚不足十年，石墨烯卻不斷在科學界、產(chan) 業(ye) 界引發一輪輪波瀾。隨著人們(men) 對它的認識逐漸明晰，其神秘麵紗就像發現之初那樣被一層層揭開——薄且堅硬，透光度好，導熱性強，導電率高，結構穩定，電子遷移速度快，能在常溫下觀察到量子霍爾效應……

　　從(cong) 假設到現實

　　石墨烯的發現，之所以意義(yi) 重大，是因為(wei) 它創造了諸多“紀錄”

　　石墨烯是構成石墨、木炭、碳納米管和富勒烯等碳同素異形體(ti) 的基本單元材料，是一種二維晶體(ti) 。

　　石墨烯的結構一直被認為(wei) 隻存在於(yu) 理論之中，無法單獨穩定存在。直至2004年，英國物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功地從(cong) 石墨中分離出石墨烯，才證實它可以單獨存在。

　　最初，科學家從(cong) 石墨中剝離出石墨片，然後將薄片的兩(liang) 麵粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為(wei) 二。通過反複的操作，石墨片變得越來越薄。最後，他們(men) 得到了僅(jin) 由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯。

　　憑借“在二維石墨烯材料的開創性實驗”，這兩(liang) 位科學家共同獲得了2010年的諾貝爾物理學獎。

　　石墨烯的發現，之所以意義(yi) 重大，是因為(wei) 它創造了諸多“紀錄”。

石墨烯是世上最薄的材料。

　　“石墨烯隻有0.34納米厚，十萬(wan) 層石墨烯疊加起來的厚度大概等於(yu) 一根頭發絲(si) 的直徑，人們(men) 用肉眼是看不見它的。”中科院重慶研究院微納製造與(yu) 係統集成研究中心副主任史浩飛接受《中國科學報》記者采訪時如此描述。

　　石墨烯是人類已知強度最高的物質。

　　它比鑽石還堅硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。

　　哥倫(lun) 比亞(ya) 大學的物理學家用金剛石製成的探針測試石墨烯的承受能力，在被實驗的石墨烯樣品微粒開始碎裂前，它們(men) 每100納米距離上可承受的最大壓力竟然達到了2.9微牛左右。這意味著，“如果用石墨烯製成包裝袋，那麽(me) 它將能承受大約兩(liang) 噸重的物品”。

　　石墨烯電阻率極低，電子遷移的速度極快。

　　在石墨烯中，電子能夠極為(wei) 高效地遷移，遷移速率僅(jin) 為(wei) 光速的三百分之一，遠遠高出其在矽、銅等傳(chuan) 統半導體(ti) 和導體(ti) 中的速率。

　　“電子在石墨烯裏邊好像沒有質量一樣，運動速度非常快。”中國科學技術大學教授曾長淦表示，“電子能量不會(hui) 被損耗的特點，使這種材料具有了非比尋常的優(you) 良特性。”

　　它的另一特性讓材料學家更為(wei) 驚喜，該材料幾乎完全透光，透光率在97%以上。

　　2012年，美國IBM公司成功研製出首款由石墨烯圓片製成的集成電路，使得石墨烯特殊的電學性能彰顯出應用前景。中科院院士高鴻鈞對此表示：“石墨烯材料具有優(you) 異的電學性質，有望被用於(yu) 製造新一代高性能電子學器件。”

　　引導科技革命

　　在世界範圍內(nei) ，針對石墨烯研究與(yu) 應用的熱潮在持續湧動

　　石墨烯神秘又神奇的特殊性能讓人們(men) 對它的應用充滿幻想。

　　在國內(nei) ，有關(guan) 石墨烯的應用研究開展得如火如荼。

　　我國在石墨烯的基礎研究與(yu) 產(chan) 業(ye) 化推進中處於(yu) 世界前列，多支研究隊伍在石墨烯的性能研究與(yu) 製備技術方麵取得突破性成果。其中，中國科學院重慶綠色智能技術研究院的石墨烯薄膜製備技術以2.1億(yi) 元人民幣的價(jia) 格實現轉讓，更是讓研究者與(yu) 開發者蠢蠢欲動。

　　在世界範圍內(nei) ，針對石墨烯研究與(yu) 應用的熱潮在持續湧動。

　　據劍橋知識產(chan) 權公司的統計數據顯示，截至今年5月，全球已經獲批和正在申請的石墨烯專(zhuan) 利共計9218項，專(zhuan) 利申請數量在過去5年更是增加了4倍；自2004年開始，石墨烯領域的相關(guan) 研究論文呈指數上升趨勢，迄今論文總數已超過2萬(wan) 篇，僅(jin) 2012年一年就超過了6000篇。

　　“從(cong) 來沒有一種材料能像石墨烯這樣在各個(ge) 領域都廣受關(guan) 注。”曾長淦感慨，雖然國內(nei) 外目前還沒有實實在在的石墨烯產(chan) 品問世，“但它是眾(zhong) 多‘明星’材料中最接近應用的材料。”

　　超輕防彈衣、超強光轉換效率激光武器、超薄超輕型飛機、超薄能折疊的手機、高強度航空材料、高性能儲(chu) 能和傳(chuan) 感器、超級電容器，甚至更富想象力的太空電梯，越來越多基於(yu) 石墨烯材料的未來設備進入科學家的研究視野。

　　其中，透明電極的應用最引人注目。“石墨烯良好的電導性能和透光性能，使它在透明電導電極方麵有非常好的應用前景。”曾長淦表示，如今電子產(chan) 品中的觸摸屏、液晶顯示、有機光伏電池、有機發光二極管等都需要良好的透明電導電極材料。

　　傳(chuan) 統的電導電極應用的是氧化銦錫，而這種材料脆度較高，比較容易損毀。

　　與(yu) 之相比，石墨烯不僅(jin) 更加堅硬，性能也更好。

　　“氧化銦錫光通過率比較低，用石墨烯的話，顯示器的屏幕會(hui) 更亮。”曾長淦表示，石墨烯在透明電極方麵的應用會(hui) 大幅降低電子設備的成本，並使其更省電、更清晰，“十年內(nei) ，石墨烯在透明電極方麵肯定能夠實現商業(ye) 化”。

　　97%以上的光通過率在為(wei) 透明電極的應用帶來變革的同時，也使太陽能產(chan) 業(ye) 的升級成為(wei) 可能。

　　據專(zhuan) 家介紹，當前市麵上的太陽能電池板基本為(wei) 多晶矽，其光電轉換率為(wei) 30%左右，而石墨烯太陽能技術的光電轉換效率高達60%，是現有多晶矽太陽能技術的2倍。

　　近期，美國麻省理工學院與(yu) 蘋果公司相繼發布研究報告，論述了石墨烯作為(wei) 太陽能電池為(wei) 電子設備提供能源的可能，蘋果公司更是為(wei) 此提交了專(zhuan) 利申請，為(wei) 在電子設備中搭載石墨烯太陽能電池提供解決(jue) 方案。

　　中科院寧波材料技術與(yu) 工程研究所研究員劉兆平在接受《中國科學報》記者采訪時表示，石墨烯微片可以與(yu) 鋰離子電池電極活性材料顆粒形成二維導電接觸，在電極中構建三維導電網絡，因而可大幅提升電池綜合性能。

　　初步實驗結果表明，與(yu) 常規方案的電池相比，采用石墨烯導電劑的鈷酸鋰電池容量高出3%，放電容量從(cong) 72%提高到92%。

　　突破製備技術

　　製備技術是石墨烯進入應用領域、實現產(chan) 業(ye) 化的攔路虎之一

　　盡管國內(nei) 外科學家對石墨烯的研究越來越透徹，對其應用的探索成果也不斷湧現，然而市麵上卻鮮有真正的石墨烯材料產(chan) 品問世。

　　製備技術是石墨烯進入應用領域、實現產(chan) 業(ye) 化的攔路虎之一。高成本的製備技術推升了石墨烯的市場價(jia) 格，其價(jia) 格一度達到每克5000元，是黃金的十幾倍。

　　高鴻鈞在去年年底召開的以石墨烯為(wei) 主題的香山科學會(hui) 議上直言，我國在石墨烯製備方法研究領域還麵臨(lin) 較大挑戰。“挑戰主要在於(yu) 如何製備大麵積、雜質缺陷可控的高質量單晶材料以及如何改進現有矽基工藝融合的石墨烯加工技術。”

　　盡管如此，我國科學家在石墨烯的製備技術研發方麵仍然實現了重大突破。劉兆平率領研究團隊曆經多年努力，研發出了石墨烯產(chan) 業(ye) 化製備技術，將石墨烯的製造成本從(cong) 每克5000元降至每克3元，直接帶來國外客戶的大量訂單。

　　去年年初，中科院重慶綠色智能技術研究院宣布實現了15英寸單層石墨烯的製備，並成功地將石墨烯透明電極應用於(yu) 電阻觸摸屏上，製備出7英寸石墨烯觸摸屏。

　　值得一提的是，上述兩(liang) 個(ge) 研究團隊均與(yu) 上海南江集團聯合創建了專(zhuan) 業(ye) 的石墨烯生產(chan) 公司，分別量產(chan) 石墨烯微片與(yu) 石墨烯薄膜。

　　微尺度物質科學國家實驗室的曾長淦研究團隊更是另辟蹊徑，將常規的基於(yu) 氣態碳源的銅表麵石墨烯生長需要1000℃的高溫降至300℃，創造了石墨烯化學氣相沉積法生長的最低溫度。

　　“隨著石墨烯製備技術的升級，產(chan) 業(ye) 化生產(chan) 的條件也不斷成熟，相信在未來幾年，石墨烯製成的新產(chan) 品將不斷湧現。”曾長淦表示。