Les cinq principaux centres de recherche sur le graphène au monde et les principales institutions de recherche sur le graphène de Chine

En tant que premier matériau bidimensionnel découvert, le graphène a rapidement attiré l'attention et l'intérêt de la recherche dans le monde entier depuis sa création en 2004. Bien que 15 ans se soient écoulés, la recherche sur le graphène et les matériaux bidimensionnels associés est toujours d'actualité et de nouveaux domaines de recherche sont constamment développés. technologie, environnement et autres domaines. La Chine est un pays doté de grandes ressources en graphite et l’un des pays les plus actifs dans la recherche et le développement d’applications sur le graphène.

En tant que nouveau matériau à base de carbone, le graphène possède de bonnes propriétés optiques, électriques, thermiques et mécaniques. Il présente de larges perspectives d'application dans les domaines de l'information électronique, des nouveaux matériaux, des nouvelles énergies et de la biomédecine. Cela devient une nouvelle technologie mondiale et une nouvelle révolution industrielle. Focus.À l'heure actuelle, plus de 80 pays à travers le monde ont investi dans la recherche et le développement de matériaux à base de graphène, et les États-Unis, la Grande-Bretagne, la Corée du Sud, le Japon et l'Europe ont même élevé la recherche sur le graphène à un niveau stratégique national.Cet article présentera les cinq meilleurs centres de recherche sur le graphène au monde dans le domaine de recherche actuel et les principales institutions de recherche sur le graphène en Chine.

1. Institut national du graphène de Manchester

Le graphène a été inventé à l'Université de Manchester. En 2010, les physiciens Andre Heim et Konstantin Novoselov de l'Université de Manchester ont remporté cette année-là le prix Nobel de physique pour leurs réalisations dans la recherche sur le graphène. En tant que pays de naissance du graphène, le Royaume-Uni a vu les perspectives de développement infinies du graphène, un super matériau. Dans le but d'un nouveau cycle de révolution industrielle, en 2011, le gouvernement britannique a décidé de construire le National Graphene Institute (NGI) à l'Université de Manchester. En 2015, NGI, qui a coûté 61 millions de livres, a été officiellement créée.

NGI est la source actuelle de recherche sur le graphène au Royaume-Uni et même dans le monde. La mission principale de NGI est d'explorer en permanence les domaines pionniers de la science et des applications des matériaux bidimensionnels (2D), en tenant compte de l'industrialisation et de la commercialisation du graphène et des matériaux bidimensionnels. Avec NGI comme centre, le Graphene Engineering Innovation Centre (GEIC) et l'Institut de recherche Henry Royce entreprennent et développent les résultats de recherche NGI et explorent constamment de nouveaux modèles d'application commerciale des matériaux 2D. National Graphene Institute. Plus de 80 entreprises se sont associées à l’Université de Manchester pour travailler sur les applications du graphène.

En 2019, NGI a publié près de 60 articles au total, dont 5 articles dans des revues régulières de NS, 3 articles dans des revues Dazi et environ 19 articles dans des revues de premier plan telles que Nature Communication et ACS. sur la physique fondamentale.

2. Centre de recherche sur le graphène de Cambridge

Le Cambridge Graphene Centre (CGC), comme Manchester NGI, fait partie du UK Graphene Collaborative Innovation Group. Le CGC se positionne comme un centre d'innovation en ingénierie. Sa tâche principale est de rapprocher le monde universitaire et l'industrie, de promouvoir l'industrialisation du graphène et des matériaux 2D et de promouvoir la commercialisation des résultats de la recherche scientifique appliquée, en mettant l'accent sur les applications liées aux matériaux 2D.

L'objectif principal de l'investissement dans CGC est de combler les lacunes sous deux aspects : (1) pour la production industrielle, rechercher le système d'équipement de traitement à l'échelle pilote, tester et optimiser la technologie d'impression à jet d'encre basée sur le graphène, les nanomatériaux et d'autres nouveaux matériaux 2D ; (2) Face aux exigences de stockage d'énergie telles que l'auto-approvisionnement et l'interconnexion sans fil, la recherche sur des dispositifs intégrés intelligents basés sur des bases transparentes et flexibles. L'utilisation du graphène et d'autres matériaux connexes pour permettre de nouveaux dispositifs électroniques et optoélectroniques flexibles et économes en énergie est le principal défi des travaux ci-dessus.

Afin de surmonter progressivement les difficultés ci-dessus, CGC a déployé des recherches liées aux matériaux 2D dans quatre directions générales : (1) croissance, transfert et impression des matériaux ; (2) applications énergétiques ; (3) interconnexion des appareils ; (4) applications de capteurs.

En 2019, le Dr Colm Durkan du Nanoscience Center de l'Université de Cambridge a proposé une solution simple et efficace pour éliminer les résidus de PMMA sur les surfaces de graphène dans la revue Adv. Maître.

Figure 1. Schéma de fabrication du dispositif en graphène. a) Graphène cultivé par CVD recouvert de PMMA en vrac comme couche de support sur une feuille de Cu. b) Après transfert sur un substrat de silicium et retrait du PMMA en vrac, une surface de graphène est restée mais avec quelques résidus de polymère. métallisation.e, f) Après les deux étapes (b) et (c), le traitement des échantillons en solution ionique comme proposé dans ce travail peut éliminer efficacement les résidus à la surface du graphène.

Pour comprendre les observations, il faut reconnaître que le PMMA est hydrophobe, tout comme le graphène. Par conséquent, le PMMA adhère fortement à la surface du graphène. Le PMMA a un squelette carboné avec des chaînes latérales ester. Lorsqu'ils sont exposés à un pH faible (comme c'est le cas avec HCl), les esters peuvent s'hydrolyser pour produire des alcools (qui se disperseront dans la solution) et des acides gras, qui restent attachés au squelette. Cette forme acide du PMMA sera hydrophile et donc i) aura des interactions plus faibles avec le substrat sous-jacent. le graphène, et ii) interagira plus fortement avec l'eau. La combinaison des deux entraîne une dissolution lente du PMMA. Quant à l'action du NaCl, différentes réactions peuvent se produire, notamment la chloration des groupes pendants méthyle du PMMA pour produire du chlorure de méthyle, également très polaire et donc soluble dans l'eau.

3. Institut espagnol d'optoélectronique

L'Institut des sciences photoniques (ICFO) est un centre de recherche de classe mondiale axé sur la recherche en optoélectronique. Il recrute des chercheurs fondamentaux et appliqués haut de gamme en optoélectronique du monde entier. Promouvoir l'application de la technologie optoélectronique avancée.Compte tenu des nouvelles propriétés optoélectroniques et du développement rapide du graphène et des matériaux 2D, parallèlement au quantique et à la nanobiologie, l'ICFO ouvre indépendamment un nouveau domaine de recherche sur le graphène et les matériaux 2D, dans l'espoir d'utiliser des matériaux 2D pour remplacer les matériaux optoélectroniques traditionnels et résoudre les problèmes actuels rencontrés dans le domaine de l'optoélectronique. Difficultés et défis. L'exploration scientifique fondamentale et la recherche d'applications émergentes sont menées. L'ICFO a établi quatre orientations majeures d'exploration et de recherche dans les sciences fondamentales et les applications émergentes.

En 2017, l'Institut espagnol des sciences photoniques a produit pour la première fois un capteur d'imagerie CMOS à points quantiques et graphène haute résolution. En 2019, les groupes de recherche mentionnés ci-dessus ont publié un total de 15 articles, dont près de 6 articles dans les principales revues des séries Nature, PRL et ACS. Les sujets brûlants des articles concernent principalement les domaines des oscillateurs nanoélectromécaniques à matériaux bidimensionnels, du graphène à angle magique et de l'optoélectronique du graphène.

En termes d'énergie, l'ICFO vise à explorer les voies d'application réalisables du graphène dans les dispositifs photovoltaïques semi-transparents et à développer des dispositifs à énergie renouvelable grâce à l'application de nouveaux matériaux fonctionnels et de nanostructures.

En termes de détection de haute précision, les recherches de l'ICFO se concentrent sur les spectromètres de masse à super-résolution et les systèmes opto-mécaniques basés sur des oscillateurs nanoélectromécaniques au graphène, ainsi que sur le développement parallèle de détecteurs infrarouge moyen, de détecteurs de gaz et d'applications biochimiques pour les capteurs d'ADN, de protéines, etc.

En termes de photonique des plasmons de surface, il étudie principalement la régulation électrique et la détection des plasmons de graphène, ainsi que la modulation optique basée sur les plasmons de graphène.

En optique de base, il étudie principalement l'optique nano-quantique, le graphène artificiel, l'optique ultrarapide et l'optique non linéaire au graphène.

En termes d'applications de systèmes d'imagerie, l'ICFO recherche principalement des capteurs d'images basés sur la technologie CMOS capables de couvrir l'ultraviolet profond, la lumière visible et l'infrarouge.

En termes d'applications portables, la principale recherche porte sur les systèmes de détection de santé flexibles et translucides, capables de détecter efficacement plusieurs paramètres de santé tels que l'oxygène dans le sang.

En matière de photodétecteurs, la recherche porte principalement sur les détecteurs ultra-large bande basés sur l'absorption large bande et les détecteurs intégrés combinant graphène, points quantiques et autres matériaux 2D.

En termes de capteurs flexibles, il étudie principalement les capteurs flexibles activés par le graphène et d'autres matériaux 2D, notamment les capteurs optiques, RFID, les capteurs biochimiques, les capteurs de gaz, les écrans flexibles et les surfaces antibactériennes et superlubrifiées, etc.

4. Centre de recherche avancé sur les matériaux 2D, Université nationale de Singapour

En 2010, l'Université nationale de Singapour (NUS) a annoncé la création d'un nouveau centre de recherche, principalement axé sur les matériaux bidimensionnels (comme le graphène). Le « Centre des matériaux 2D » (2MC) recevra 40 millions de dollars de financement de la National Research Foundation au cours des 10 prochaines années.

Semblable à Manchester NGI et Cambridge CGC, le NUS Center for Advanced 2D Materials (CA2DM) de l'Université nationale de Singapour est un nouveau centre de recherche créé avec l'aide de la vague de développement de matériaux 2D. , caractérisation, modélisation théorique et applications, etc. pour explorer et suivre les technologies révolutionnaires apportées par les matériaux 2D.

Par conséquent, le CA2DM est divisé en quatre grands groupes de recherche : (1) groupe graphène ; (2) autre groupe de matériaux 2D ; (3) combinaison de dispositifs 2D ; (4) groupe théorique.CA2DM est actuellement le plus grand centre de recherche complet sur les matériaux 2D à Singapour et est à l'avant-garde des pays asiatiques en matière de recherche scientifique fondamentale et d'applications industrielles basées sur les matériaux 2D.

En 2019, le CA2DM a publié un total de 96 articles, dont 1 dans la revue principale Nature, près de 40 dans des revues de premier plan telles que les sous-revues NS, Advanced Materails, Advanced Energy Materials, Nano Energy et ACS series, couvrant presque toutes les directions de recherche ci-dessus.

5. Institut de technologie Samsung, Corée du Sud

Le développement de l'industrie coréenne du graphène est étroitement intégré à la production, à l'éducation et à la recherche, et le développement de la recherche fondamentale et de l'industrialisation est relativement équilibré. Au niveau des entreprises industrielles notamment, le SAIT a investi de nombreux efforts de R&D pour garantir que le graphène puisse être utilisé dans les écrans flexibles, les écrans tactiles et les puces. leadership international dans le domaine.

Le Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) de Corée du Sud est affilié au pôle d'activités d'exploration et de développement du groupe Samsung. Rechercher des technologies de pointe ou originales pour de nouveaux marchés ; (2) Promouvoir l'intégration technologique et l'innovation ; (3) Promouvoir le développement de la nanotechnologie ; (4) Rechercher des technologies de rupture.

Le graphène a un grand potentiel pour améliorer et transformer plusieurs industries au cours des 10 prochaines années, et il devrait également créer un grand nombre de nouveaux emplois en Europe et dans le monde. Il est donc très important d'examiner quels domaines industriels spécifiques le graphène est le plus important d'un point de vue technique.

L'une des meilleures institutions de recherche sur le graphène en Chine - Beijing Graphene Research Institute

L'Institut de recherche sur le graphène de Pékin (BGI) est une coentreprise créée en 2016 par l'Université de Pékin, le China National Building Materials Group, le China Baoan Group et d'autres entreprises leaders de l'industrie avec le soutien du gouvernement municipal de Pékin, se concentrant sur la recherche et le développement technologiques de base de l'industrie du graphène, une agence de recherche et développement haut de gamme. Dans le même temps, BGI Technology Co., Ltd. L'académicien Liu Zhongfan de l'Université de Pékin et le lauréat du prix Nobel, le professeur Konstantin Novoselov de l'Université de Manchester, sont invités en tant que doyen honoraire.

L'Institut de recherche sur le graphène de Pékin relie le développement industriel aux principaux besoins nationaux, présente les technologies clés de base de l'industrie du graphène, met en œuvre un nouveau modèle de service pour la R&D et la fonderie haut de gamme, cultive un certain nombre d'applications tueuses du graphène et incube un groupe de groupes d'entreprises de haute technologie en graphène, pour cultiver des centaines de milliards de clusters industriels du graphène et renforcer la compétitivité de base de l'industrie du graphène de mon pays.

C'est la source de la technologie de base à la tête de l'industrie du graphène, du mécanisme d'innovation de l'industrie de haute technologie et de la zone de démonstration de la culture de l'innovation, du lieu mondial de rassemblement des talents haut de gamme du graphène, de l'agrégat synergique des ressources de l'industrie du graphène et du plateau de l'innovation et de l'entrepreneuriat.

À l'heure actuelle, les matériaux à base de graphène préparés sont loin d'être idéaux, donc ce que j'ai souvent dit récemment, c'est que les matériaux à base de graphène d'aujourd'hui ne sont pas équivalents aux futurs matériaux à base de graphène et que les utilisations actuelles du graphène pourraient même ne pas être très utiles. Ce n'est peut-être pas le cœur des industries futures.Pour nous, nous devons aller à l'extrême afin de former une industrie, et la préparation détermine l'avenir. La clé est de savoir si nous pouvons fabriquer de très bons matériaux à base de graphène.

film de graphène

Concernant la future industrie du graphène, elle reposera sur l'application meurtrière des matériaux à base de graphène, et non comme un additif panacée. Le marché intérieur se concentre principalement sur ces produits, notamment les vêtements, les revêtements, les matériaux composites, l'adsorption, les produits de lubrification, les batteries au lithium-graphène, les bracelets intelligents, les écrans tactiles de téléphones portables en graphène, etc. Capteurs connectés, appareils portables et gestion de la santé, communications de données, technologie énergétique, composites, etc.

En ce qui concerne le statu quo de l'industrie chinoise des matériaux à base de graphène, il existe une tendance sérieuse à rechercher un succès rapide et des avantages instantanés, un manque d'attention à la technologie de base de la future industrie du graphène, un grand nombre de brevets, mais une capacité d'innovation insuffisante et un manque de véritables droits de propriété intellectuelle de base. De plus, le battage médiatique sur le marché des capitaux est mélangé, le parc industriel est construit à l'aveugle et le phénomène de simple répétition est grave. insuffisant.Le gouvernement devrait clarifier sa position décisionnelle, se concentrer sur la configuration future des technologies de base de l'industrie du graphène et remettre les produits bas de gamme au marché et aux entreprises.

Brevet de graphène

Selon les recherches de Cambridge IP, une société britannique de conseil en brevets, en mai 2014, le nombre de brevets déposés pour le graphène dans le monde était de 11 372, dont 3 060 en Asie, tandis que l'Europe et le Royaume-Uni n'en avaient respectivement que 361 et 41, ce qui est clairement à la traîne. Le nombre de brevets dans le domaine du graphène doit être examiné attentivement.

À l'heure actuelle, la Chine et la Corée du Sud ont déposé un grand nombre de brevets dans le domaine du graphène, et l'Office européen des brevets est très pointilleux dans l'octroi de brevets, de sorte que le nombre de demandes de brevet déposées en Europe est relativement faible. L'écart dans le nombre de brevets n'est pas un indicateur que l'Europe est à la traîne dans cette technologie.

En termes de nombre absolu de brevets, il est indéniable que l'Europe est à la traîne, mais sa qualité n'est pas inférieure à celle des autres pays. De nombreux brevets chinois ne sont pas internationaux ; La Corée du Sud possède des dizaines de brevets dans un certain domaine, tandis que les brevets européens couvrent un large éventail de domaines de recherche. L'Europe et le Royaume-Uni ont effectivement besoin de plus de brevets et y travaillent, mais le nombre de brevets doit être examiné plus attentivement.