Os cinco principais centros de pesquisa de grafeno do mundo e as principais instituições de pesquisa de grafeno da China

Como o primeiro material bidimensional a ser descoberto, o grafeno atraiu rapidamente a atenção mundial e o interesse de pesquisa desde seu início em 2004. Embora 15 anos tenham se passado, a pesquisa sobre grafeno e materiais bidimensionais relacionados ainda está quente, e campos de pesquisa emergentes estão em constante desenvolvimento. tecnologia, meio ambiente e outros campos. A China é um país com grandes recursos de grafite e um dos países mais ativos na pesquisa e desenvolvimento de aplicações de grafeno.

Por ser um novo material à base de carbono, o grafeno possui boas propriedades ópticas, elétricas, térmicas e mecânicas. Tem amplas perspectivas de aplicação nas áreas de informação eletrônica, novos materiais, novas energias e biomedicina. Está se tornando uma nova tecnologia global e uma nova revolução industrial. Foco.Atualmente, mais de 80 países ao redor do mundo investiram na pesquisa e desenvolvimento de materiais de grafeno, e os Estados Unidos, Grã-Bretanha, Coreia do Sul, Japão e Europa elevaram a pesquisa de grafeno a um nível estratégico nacional.Este artigo apresentará os cinco principais centros de pesquisa de grafeno do mundo no campo de pesquisa atual e as principais instituições de pesquisa de grafeno na China.

1. Instituto Nacional de Grafeno de Manchester

O grafeno foi inventado na Universidade de Manchester. Em 2010, os físicos Andre Heim e Konstantin Novoselov, da Universidade de Manchester, ganharam o Prêmio Nobel de Física daquele ano por suas realizações na pesquisa do grafeno. Como país natal do grafeno, o Reino Unido viu as infinitas perspectivas de desenvolvimento do grafeno, um super material. que custou 61 milhões de libras, foi oficialmente estabelecido.

NGI é a fonte atual de pesquisa relacionada ao grafeno no Reino Unido e até mesmo no mundo. A missão principal do NGI é explorar continuamente os campos fronteiriços da ciência e aplicação de materiais bidimensionais (2D), levando em consideração a industrialização e comercialização de grafeno e materiais bidimensionais. o Instituto Nacional de Grafeno.Mais de 80 empresas fizeram parceria com a Universidade de Manchester para trabalhar em aplicações de grafeno.

Em 2019, NGI publicou quase 60 artigos no total, incluindo 5 artigos em periódicos regulares NS, 3 artigos em periódicos Dazi e cerca de 19 artigos em periódicos importantes, como Nature Communication e série ACS.As estatísticas mostram que quase metade dos novos principais periódicos do NGI estão relacionados a heterojunções de materiais 2D, relatando principalmente fluidos eletrônicos novos ou anômalos e fenômenos optoeletrônicos em materiais 2D em heteroestruturas, com foco na física fundamental.

2. Centro de Pesquisa de Grafeno de Cambridge

O Cambridge Graphene Centre (CGC), assim como o Manchester NGI, faz parte do UK Graphene Collaborative Innovation Group. O CGC está posicionado como um centro de inovação em engenharia. A sua principal tarefa é unir a academia e a indústria, promover a industrialização do grafeno e de materiais 2D e promover a comercialização de resultados de investigação científica aplicada, com ênfase em aplicações relacionadas com materiais 2D.

O principal objetivo de investir no CGC é preencher as lacunas em dois aspectos: (1) Para a produção industrial, pesquisar o sistema de equipamentos de processo em escala piloto, testar e otimizar a tecnologia de impressão a jato de tinta baseada em grafeno, nanomateriais e outros novos materiais 2D; (2) Enfrentar os requisitos de armazenamento de energia, como o auto-abastecimento e a interligação sem fios, a investigação de dispositivos inteligentes integrados baseados em bases transparentes e flexíveis. A utilização de grafeno e outros materiais relacionados para permitir novos dispositivos electrónicos e optoelectrónicos flexíveis e energeticamente eficientes é o principal desafio do trabalho acima.

A fim de superar gradualmente as dificuldades acima, o CGC implantou pesquisas relacionadas a materiais 2D em quatro direções gerais: (1) crescimento, transferência e impressão de materiais; (2) aplicações energéticas; (3) interconexão de dispositivos; (4) aplicações de sensores.

Em 2019, o Dr. Colm Durkan, do Centro de Nanociências da Universidade de Cambridge, propôs uma solução simples e eficaz para remover resíduos de PMMA em superfícies de grafeno na revista Adv. Matéria.

Figura 1. Diagrama esquemático da fabricação do dispositivo de grafeno.a) grafeno cultivado em CVD revestido por rotação com PMMA a granel como uma camada de suporte na folha de Cu.b) Após a transferência para um substrato de silício e o PMMA a granel removido, uma superfície de grafeno foi deixada, mas com alguns resíduos de polímero.c) Após o desenvolvimento da resistência após a litografia por feixe de elétrons para contatos grafeno-metal padronizados, mais resíduos de PMMA permanecem na superfície do grafeno.d) Esses resíduos são então presos entre o grafeno e os eletrodos de metal após metalização.e,f) Após as duas etapas de (b) e (c), o tratamento das amostras em solução iônica conforme proposto neste trabalho pode efetivamente remover os resíduos na superfície do grafeno.

Para entender as observações, deve-se reconhecer que o PMMA é hidrofóbico, assim como o grafeno. Portanto, o PMMA adere fortemente à superfície do grafeno. grafeno subjacente, e ii) interagirá mais fortemente com a água. A combinação dos dois resulta na dissolução lenta do PMMA. Quanto à ação do NaCl, diferentes reações podem ocorrer, incluindo a cloração dos grupos metil pendentes do PMMA para produzir cloreto de metila, que também é altamente polar e, portanto, solúvel em água.

3. Instituto Espanhol de Optoeletrônica

O Instituto de Ciência Fotônica (ICFO) é um centro de pesquisa de classe mundial com foco em pesquisas em optoeletrônica. Ela recruta cientistas de pesquisa fundamental e aplicada de ponta em optoeletrônica de todo o mundo. Promover a aplicação de tecnologia optoeletrônica avançada.Em vista das novas propriedades optoeletrônicas e do rápido desenvolvimento do grafeno e dos materiais 2D, paralelamente à quântica e à nanobiologia, o ICFO abre de forma independente um novo campo de pesquisa de grafeno e materiais 2D, na esperança de usar materiais 2D para substituir os materiais optoeletrônicos tradicionais e resolver os problemas atuais enfrentados pelo campo da optoeletrônica. Dificuldades e desafios. São realizadas tanto a exploração científica básica quanto a pesquisa de aplicações emergentes. O ICFO estabeleceu quatro direções principais de exploração e pesquisa em ciência básica e aplicações emergentes.

Em 2017, o Instituto Espanhol de Ciências Fotônicas produziu pela primeira vez um sensor de imagem CMOS de ponto quântico de grafeno de alta resolução. Em 2019, os grupos de pesquisa mencionados acima publicaram um total de 15 artigos, incluindo quase 6 artigos nas principais revistas das séries Nature, PRL e ACS. Os tópicos quentes dos artigos estão principalmente nas áreas de osciladores nanoeletromecânicos de materiais bidimensionais, grafeno de ângulo mágico e optoeletrônica de grafeno.,

Em termos de energia, o ICFO pretende explorar caminhos de aplicação viáveis ​​para o grafeno em dispositivos fotovoltaicos semitransparentes e desenvolver dispositivos de energia renovável através da aplicação de novos materiais funcionais e nanoestruturas.

Em termos de detecção de alta precisão, a pesquisa do ICFO concentra-se em espectrômetros de massa de super-resolução e sistemas optomecânicos baseados em osciladores nanoeletromecânicos de grafeno, e no desenvolvimento paralelo de detectores de infravermelho médio baseados em grafeno, detectores de gás e aplicações bioquímicas para DNA, proteínas, etc.

Em termos de fotônica de plasmons de superfície, ele estuda principalmente a regulação elétrica e detecção de plasmons de grafeno, e a modulação óptica baseada em plasmons de grafeno.

Em óptica básica, ele estuda principalmente óptica nanoquântica, grafeno artificial, óptica ultrarrápida e óptica não linear de grafeno.

Em termos de aplicações de sistemas de imagem, o ICFO pesquisa principalmente sensores de imagem baseados na tecnologia CMOS que podem cobrir luz ultravioleta-visível-infravermelha profunda.

Em termos de aplicações vestíveis, a principal pesquisa está em sistemas de detecção de saúde flexíveis e translúcidos, que podem detectar com eficácia vários parâmetros de saúde, como o oxigênio no sangue.

Em termos de fotodetectores, a investigação centra-se principalmente em detectores de banda ultralarga baseados na absorção de banda larga e detectores integrados que combinam grafeno, pontos quânticos e outros materiais 2D.

Em termos de sensores flexíveis, ele estuda principalmente sensores flexíveis habilitados por grafeno e outros materiais 2D, incluindo sensores ópticos, RFID, sensores bioquímicos, sensores de gás, telas flexíveis e superfícies antibacterianas, superlubrificadas, etc.

4. Centro Avançado de Pesquisa de Materiais 2D, Universidade Nacional de Cingapura

Em 2010, a Universidade Nacional de Singapura (NUS) anunciou que iria criar um novo centro de investigação, centrado principalmente em materiais bidimensionais (como o grafeno). O chamado 'Centro de Materiais 2D' (2MC) receberá 40 milhões de dólares em financiamento da Fundação Nacional de Investigação durante os próximos 10 anos.

Semelhante ao Manchester NGI e Cambridge CGC, o NUS Center for Advanced 2D Materials (CA2DM) da Universidade Nacional de Cingapura é um novo centro de pesquisa criado com a ajuda da onda de desenvolvimento de materiais 2D. , caracterização, modelagem teórica e aplicações, etc. para explorar e acompanhar as tecnologias revolucionárias trazidas pelos materiais 2D.

Portanto, o CA2DM está dividido em quatro grandes grupos de pesquisa: (1) grupo do grafeno; (2) outro grupo de materiais 2D; (3) combinação de dispositivos 2D; (4) grupo teórico.CA2DM é atualmente o maior centro de pesquisa abrangente para materiais 2D em Cingapura e está na vanguarda dos países asiáticos em pesquisa científica básica e aplicações industriais baseadas em materiais 2D.

Em 2019, CA2DM publicou um total de 96 artigos, 1 na revista principal da Nature, quase 40 em revistas importantes, como sub-revistas NS, Advanced Materails, Advanced Energy Materials, Nano Energy e série ACS, cobrindo quase todas as direções de pesquisa acima.

5. Instituto de Tecnologia Samsung, Coreia do Sul

O desenvolvimento da indústria de grafeno da Coreia está intimamente integrado com a produção, a educação e a investigação, e o desenvolvimento da investigação básica e da industrialização é relativamente equilibrado. Especialmente no nível das empresas industriais, a SAIT investiu muitos esforços de P&D para garantir que o grafeno possa ser usado em displays flexíveis, telas sensíveis ao toque e chips. liderança internacional na área.

O Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) da Coreia do Sul é afiliado ao cluster de negócios de exploração e desenvolvimento do Grupo Samsung. Pesquisar tecnologias líderes ou originais para novos mercados; (2) Promover a integração tecnológica e a inovação; (3) Promover o desenvolvimento da nanotecnologia; (4) Pesquisar tecnologias disruptivas.

O grafeno tem um grande potencial para melhorar e transformar várias indústrias nos próximos 10 anos, e espera-se também que crie um grande número de novos empregos na Europa e no mundo. Portanto, é muito importante examinar quais campos industriais específicos o grafeno é mais importante do ponto de vista técnico.

Uma das principais instituições de pesquisa de grafeno na China - Beijing Graphene Research Institute

O Instituto de Pesquisa de Grafeno de Pequim (BGI) é uma joint venture estabelecida em 2016 pela Universidade de Pequim, Grupo Nacional de Materiais de Construção da China, Grupo China Baoan e outras empresas líderes do setor com o apoio do Governo Municipal de Pequim, com foco na pesquisa e desenvolvimento de tecnologia central da indústria de grafeno, agência de pesquisa e desenvolvimento de ponta. Ao mesmo tempo, a BGI Technology Co., Ltd. O acadêmico Liu Zhongfan, da Universidade de Pequim, e o ganhador do Prêmio Nobel, professor Konstantin Novoselov, da Universidade de Manchester, são convidados como reitores honorários.

O Instituto de Pesquisa de Grafeno de Pequim conecta o desenvolvimento industrial e as principais necessidades nacionais, estabelece as principais tecnologias da indústria de grafeno, implementa um novo modelo de serviço para P&D e fundição de ponta, cultiva uma série de aplicações matadoras de grafeno e incuba um grupo de grupos empresariais de alta tecnologia de grafeno, para cultivar centenas de bilhões de clusters da indústria de grafeno e construir a competitividade central da indústria de grafeno do meu país.

É a fonte da tecnologia central que lidera a indústria de grafeno, o mecanismo de inovação da indústria de alta tecnologia e a área de demonstração de cultura de inovação, o local global de encontro de talentos de alta qualidade em grafeno, o agregado sinérgico de recursos da indústria de grafeno e as terras altas de inovação e empreendedorismo.

Actualmente, os materiais de grafeno preparados estão longe do ideal, por isso o que tenho dito frequentemente recentemente é que os materiais de grafeno de hoje não são equivalentes aos futuros materiais de grafeno, e os usos actuais do grafeno podem até não ser muito úteis. Pode não ser o núcleo das indústrias futuras.Para nós, precisamos chegar ao extremo para formar uma indústria, e a preparação determina o futuro. A chave é saber se podemos produzir materiais de grafeno realmente bons.

filme de grafeno

Em relação à futura indústria de grafeno, ela será baseada na aplicação matadora de materiais de grafeno, não como um aditivo panacéia. O mercado interno concentra-se principalmente nesses produtos, incluindo roupas, revestimentos, materiais compósitos, adsorção, produtos de lubrificação, baterias de lítio de grafeno, pulseiras inteligentes, telas sensíveis ao toque de telefones celulares de grafeno, etc.

Em relação ao status quo da indústria de materiais de grafeno da China, há uma tendência séria de buscar sucesso rápido e benefícios instantâneos, falta de atenção à tecnologia central da futura indústria de grafeno, um grande número de patentes, mas capacidade de inovação insuficiente e falta de direitos de propriedade intelectual essenciais reais.Além disso, o hype no mercado de capitais é confuso, o parque industrial é construído às cegas e o fenômeno da simples repetição é sério.Os padrões de teste ainda não foram estabelecidos, os produtos de mercado são mistos e o financiamento é disperso e seriamente insuficiente.O governo deveria esclarecer sua posição de tomada de decisão, concentrar-se no layout das principais tecnologias da indústria de grafeno no futuro e entregar produtos de baixo custo ao mercado e às empresas.

Patente de grafeno

De acordo com a pesquisa da Cambridge IP, uma empresa britânica de consultoria em patentes, em maio de 2014, o número de patentes solicitadas para o grafeno no mundo era de 11.372, com a Ásia respondendo por 3.060, enquanto a Europa e o Reino Unido tinham apenas 361 e 41, respectivamente, claramente atrás.O número de patentes no campo do grafeno precisa ser analisado com atenção.

Actualmente, a China e a Coreia do Sul solicitaram um grande número de patentes no domínio do grafeno, e o Instituto Europeu de Patentes é muito exigente na concessão de patentes, pelo que o número de pedidos de patentes apresentados na Europa é relativamente pequeno.A lacuna no número de patentes não é um indicador de que a Europa esteja atrasada nesta tecnologia.

Em termos de número absoluto de patentes, é inegável que a Europa está atrasada, mas a sua qualidade não é inferior à de outros países.Muitas patentes chinesas não são internacionais; A Coreia do Sul tem dezenas de patentes num determinado campo, enquanto as patentes europeias cobrem uma vasta gama de campos de investigação. A Europa e o Reino Unido precisam de mais patentes e estão a trabalhar nesse sentido, mas o número de patentes precisa de ser analisado com mais cuidado.