石墨烯新动力启动千亿大市场
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利用石墨烯无创检测癌症时间: 2017年02月07日 | 作者: Bill Burton | 来源: Phy.org不同的细胞与石墨烯之间有着不同的相互作用。
正常细胞和癌症细胞分别与石墨烯发生相互作用，通过拉曼成像技术，可以分辨两种细胞的不同活性。（图片来源：UIC/Vikas Berry）
有什么是石墨烯办不到的？检测癌症？不，石墨烯现在可以用于检测癌症了。
伊利诺伊大学芝加哥分校（Universityof Illinois at Chicago, UIC）的研究人员对石墨烯进行研究，通过脑细胞与石墨烯的相互作用，可以辨别出高度活跃的癌症细胞，从而实现癌症细胞与正常细胞的区分。据此，研究人员提出，这种简单无创的石墨烯技术有望应用于早期癌症筛查。
Vikas Berry副教授是UIC化学工程系主任，他与UIC医学院临床神经外科系AnkitMehta副教授开展合作，带领团队完成了这项研究。他说：“通过细胞与石墨烯的相互作用，这项技术能够检测出细胞的活性。”
“石墨烯是世界上已知的最薄材料，而且这种材料对其表面发生的任何变化都非常敏感。”Berry解释道，“细胞与石墨烯发生相互作用，改变了石墨烯的电荷分布，进而改变了原子振动能量，拉曼光谱技术就可以检测到这种能量的变化。”石墨烯是由单层碳原子构成的蜂窝状二维纳米材料，电子可以在石墨烯表面自由移动，由所有原子共享。Berry所提到的拉曼光谱则是研究石墨烯的常用技术，效果非常强大。
Berry说，高度活跃的癌症细胞能够让石墨烯表面的负电荷增大更多，释放出更多的质子。因此，癌症细胞对石墨烯晶格原子振动能量的影响程度不同于正常细胞。
他说：“细胞周围的电场会对石墨烯的电子产生排斥作用。”这种排斥作用会导致碳原子振动能量的改变，用分辨率为300纳米的拉曼成像技术可以准确检测出这种振动能量的改变，进而，也就能对单个细胞的活性进行表征。
这项研究发表在了期刊《美国化学学会应用材料与表面》（ACS Applied Materials & Interfaces）上。文章选取培养了人体脑细胞，比较了正常星形胶质细胞与多形性成胶质细胞瘤之间的区别（多形性胶质细胞瘤，glioblastoma multiforme，GBM，是星形细胞肿瘤中恶性程度最高的胶质瘤）。Berry表示，研究人员正在用小鼠癌症模型研究这项检测技术，而且已经获得了“非常有前景”的实验结果。随着研究进一步深入，研究人员会在病人身上进行活体检测实验。
他说：“在脑癌患者接受手术之后，我们能用这项石墨烯技术来检测癌症是否复发。我们需要一份细胞样品，使之与石墨烯相互作用，接着，我们就能观察到癌细胞是否仍然存在了。”
此外，该技术也可用于区分其他类型的细胞、或其他活性不同的细胞。Berry补充说：“石墨烯也可以用于区分革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌（以革兰氏染色法区分的两大类细菌），或者用于检测镰状细胞（镰状细胞病是一种遗传性血液病，因红细胞呈镰刀状而得名）。”
几个月前，Berry等人将石墨烯滴至棒状细菌之上，再对细菌进行真空收缩处理，在石墨烯上引入了纳米级的波纹。由此制备出的石墨烯在不同垂直方向上具有不同的导电性，可应用于电子器件领域。
Berry说：“我们把早先的工作翻转了一下。早先，我们是把石墨烯放到细胞上，在这次的工作中，我们则是把细胞放到石墨烯上，再来研究石墨烯原子振动。”
石墨烯电池
中科院最新研制的三维石墨烯/五氧化二钒电池正极材料，在12分钟完全充/放电条件下，循环2000次后电池容量大于200mAh/g(大量文献报道小于1000次、容量普遍低于150mAh/g)；而且1分钟充电的容量，达到商用和文献报道的大于5分钟的相近容量。
中科院研制出高性能石墨烯电池
研制的三维石墨烯/五氧化二钒电池正极材料，在12分钟完全充/放电条件下，循环2000次后电池容量大于200mAh/g(大量文献报道小于1000次、容量普遍低于150mAh/g)；而且1分钟充电的容量，达到商用和文献报道的大于5分钟的相近容量。此外，该三维石墨烯复合电池材料结构设计还可以应用于锂离子电池负极材料，比如研制石墨烯/硅复合负极，展现出良好的通用性。
从宏观政策看，我国石墨烯的发展得到了国家和各级地方政府的大力扶持。自2012 年以来，从工信部、科技部、到国家发改委、财政部发布一连串文件进行支持。2015 年以来，我国对石墨烯的政策支持力度更是不断做“加法”。在国务院发布的《中国制造2025》中，石墨烯已经被纳入《新材料产业“十三五”发展规划》中。
石墨烯是中国未来科技领域最重要的战略布局之一，不仅需要政府政策、企业技术的支持，更需要产业基金的撬动。国外在石墨烯发展过程中给予了持续的资金支持，我国虽然通过国家自然科学基金已经陆续资助超过3亿元用于石墨烯相关项目，但资助体量相比国外仍有放大空间，尤其是与国外相比，中国企业在石墨烯高端应用上的投入差距巨大，相关的高端研发技术和成果已呈落后趋势。
上月中下旬的“华为制定 5G”消息刷屏之后，本月初，朋友圈中又大规模出现了“华为石墨烯电池研制成功”的消息。
相关个股：000510.60516.000009.600503.ST000511.600509等
正常细胞和癌症细胞分别与石墨烯发生相互作用，通过拉曼成像技术，可以分辨两种细胞的不同活性。（图片来源：UIC/Vikas Berry）
有什么是石墨烯办不到的？检测癌症？不，石墨烯现在可以用于检测癌症了。
伊利诺伊大学芝加哥分校（Universityof Illinois at Chicago, UIC）的研究人员对石墨烯进行研究，通过脑细胞与石墨烯的相互作用，可以辨别出高度活跃的癌症细胞，从而实现癌症细胞与正常细胞的区分。据此，研究人员提出，这种简单无创的石墨烯技术有望应用于早期癌症筛查。
Vikas Berry副教授是UIC化学工程系主任，他与UIC医学院临床神经外科系AnkitMehta副教授开展合作，带领团队完成了这项研究。他说：“通过细胞与石墨烯的相互作用，这项技术能够检测出细胞的活性。”
“石墨烯是世界上已知的最薄材料，而且这种材料对其表面发生的任何变化都非常敏感。”Berry解释道，“细胞与石墨烯发生相互作用，改变了石墨烯的电荷分布，进而改变了原子振动能量，拉曼光谱技术就可以检测到这种能量的变化。”石墨烯是由单层碳原子构成的蜂窝状二维纳米材料，电子可以在石墨烯表面自由移动，由所有原子共享。Berry所提到的拉曼光谱则是研究石墨烯的常用技术，效果非常强大。
Berry说，高度活跃的癌症细胞能够让石墨烯表面的负电荷增大更多，释放出更多的质子。因此，癌症细胞对石墨烯晶格原子振动能量的影响程度不同于正常细胞。
他说：“细胞周围的电场会对石墨烯的电子产生排斥作用。”这种排斥作用会导致碳原子振动能量的改变，用分辨率为300纳米的拉曼成像技术可以准确检测出这种振动能量的改变，进而，也就能对单个细胞的活性进行表征。
这项研究发表在了期刊《美国化学学会应用材料与表面》（ACS Applied Materials & Interfaces）上。文章选取培养了人体脑细胞，比较了正常星形胶质细胞与多形性成胶质细胞瘤之间的区别（多形性胶质细胞瘤，glioblastoma multiforme，GBM，是星形细胞肿瘤中恶性程度最高的胶质瘤）。Berry表示，研究人员正在用小鼠癌症模型研究这项检测技术，而且已经获得了“非常有前景”的实验结果。随着研究进一步深入，研究人员会在病人身上进行活体检测实验。
他说：“在脑癌患者接受手术之后，我们能用这项石墨烯技术来检测癌症是否复发。我们需要一份细胞样品，使之与石墨烯相互作用，接着，我们就能观察到癌细胞是否仍然存在了。”
此外，该技术也可用于区分其他类型的细胞、或其他活性不同的细胞。Berry补充说：“石墨烯也可以用于区分革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌（以革兰氏染色法区分的两大类细菌），或者用于检测镰状细胞（镰状细胞病是一种遗传性血液病，因红细胞呈镰刀状而得名）。”
几个月前，Berry等人将石墨烯滴至棒状细菌之上，再对细菌进行真空收缩处理，在石墨烯上引入了纳米级的波纹。由此制备出的石墨烯在不同垂直方向上具有不同的导电性，可应用于电子器件领域。
Berry说：“我们把早先的工作翻转了一下。早先，我们是把石墨烯放到细胞上，在这次的工作中，我们则是把细胞放到石墨烯上，再来研究石墨烯原子振动。”
石墨烯电池
中科院最新研制的三维石墨烯/五氧化二钒电池正极材料，在12分钟完全充/放电条件下，循环2000次后电池容量大于200mAh/g(大量文献报道小于1000次、容量普遍低于150mAh/g)；而且1分钟充电的容量，达到商用和文献报道的大于5分钟的相近容量。
中科院研制出高性能石墨烯电池
研制的三维石墨烯/五氧化二钒电池正极材料，在12分钟完全充/放电条件下，循环2000次后电池容量大于200mAh/g(大量文献报道小于1000次、容量普遍低于150mAh/g)；而且1分钟充电的容量，达到商用和文献报道的大于5分钟的相近容量。此外，该三维石墨烯复合电池材料结构设计还可以应用于锂离子电池负极材料，比如研制石墨烯/硅复合负极，展现出良好的通用性。
从宏观政策看，我国石墨烯的发展得到了国家和各级地方政府的大力扶持。自2012 年以来，从工信部、科技部、到国家发改委、财政部发布一连串文件进行支持。2015 年以来，我国对石墨烯的政策支持力度更是不断做“加法”。在国务院发布的《中国制造2025》中，石墨烯已经被纳入《新材料产业“十三五”发展规划》中。
石墨烯是中国未来科技领域最重要的战略布局之一，不仅需要政府政策、企业技术的支持，更需要产业基金的撬动。国外在石墨烯发展过程中给予了持续的资金支持，我国虽然通过国家自然科学基金已经陆续资助超过3亿元用于石墨烯相关项目，但资助体量相比国外仍有放大空间，尤其是与国外相比，中国企业在石墨烯高端应用上的投入差距巨大，相关的高端研发技术和成果已呈落后趋势。
上月中下旬的“华为制定 5G”消息刷屏之后，本月初，朋友圈中又大规模出现了“华为石墨烯电池研制成功”的消息。
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各位大家；看好此题材吗
[引用原文已无法访问]
最近的材料科学界，因为石墨烯与一家中国企业华为的结合，变得热闹非凡。
自12年前首次被人工制出，将在电子信息、新材料、新能源、生物医药等领域显现广阔应用前景的石墨烯带入工业化生产领域，成了全球的努力目标。
因此，当华为中央研究院瓦特实验室于第57届日本电池大会上宣布“推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池”时，国内一片沸腾。尽管后来的事实表明，此“石墨烯基电池”非“石墨烯电池”，但丝毫不影响人们对华为在石墨烯领域取得突破的期待。
石墨烯电池是“泡泡”吗
自2015年10月23日华为与英国曼彻斯特大学达成石墨烯应用研究项目后，大家就期待着华为推出“颠覆性”成果，但是谁都明白，没那么容易。
实际上，华为在日本电池大会上宣布的是“石墨烯助力的高温锂离子电池”的创新，研究成果来自以突破关键技术、提升现有锂电池的性能天花板为目标的瓦特实验室，而非来自曼彻斯特大学的应用研究项目。
根据华为瓦特实验室首席科学家李阳兴的解释，华为此次推出的计划用于沙漠、阳光直晒等高温极端环境的移动网络基站，高温电池中，石墨烯起到的作用是高效散热，而非电池的正极或负极材料。
据了解，在该高温电池中，石墨烯主要配合正负极，在电极材料内部搭建了一个导电导热的脚手架，降低了内阻，提升了散热。好比混凝土中加入钢筋来增加强度，味精加到菜里提升味道，石墨烯配合正负极材料，将储能功能发挥更好。
尽管这不是石墨烯电池，但据华为提供的信息，这款新电池的性能已可秒杀目前市面上的大部分锂电池，“实验结果显示，以石墨烯为基础的新型耐高温技术可将锂离子电池上限使用温度提高10℃，使用寿命是普通锂离子电池的2倍。”
华为的高温电池让人们对石墨烯电池又有了新的向往，石墨烯电池在大众、媒体的眼中已经是“超级电池”般的存在，但某新能源企业市场总监吴晓汶说：“石墨烯电池到现在也没严格的定义。在别的方向我不敢下结论，在电池领域，尤其是锂电池方向，‘石墨烯电池’，基本还属于妄想。”
关于石墨烯电池取得的进展不计其数，其中不乏声称即将开发出成型产品，甚至已经有了成型产品，但随后就没有了下文。吴晓汶表示，采用石墨烯作为电池材料，无论是成本，还是工艺，目前仍有许多内在以及外在的问题需要解决，也正因此，石墨烯电池无数次面世,又无数次不见踪影。
石墨烯产业有望进入井喷期
尽管石墨烯电池不被看好，但它在其他领域的应用前景值得期待。
例如，石墨烯材料对手机意义重大，如果手机大量采用石墨烯技术，意味着一场如同智能机对功能机替代的革命。
据业界展望，如果手机芯片使用石墨烯材料制造，性能大幅提升的同时功耗将大幅下降；如果将石墨烯用于手机电池的两极，续航能力将是普通电池的十多倍，智能手机一天一充将成为历史；如果用石墨烯制作电容装置，它的充放电速度是锂电池100倍—1000倍，几分钟就能完成智能手机充电；石墨烯具有轻、薄、几乎完全透光、强度大、柔韧性好等特点，若能用在手机上，我们将能够用上卷起的柔性屏幕。
虽然这一切仅仅是想象，但业界领袖型企业无不对石墨烯技术全力投入。
2014年，任正非在接受媒体采访时声称，未来10至20年内会爆发一场技术革命，“我认为这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度，硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石墨是技术革命前沿。可以预见的未来10到20年，这才是真正的变革。”
不仅仅是华为，三星、苹果、诺基亚在石墨烯领域激烈竞争已经愈演愈烈，诺基亚取得专利的最引人瞩目的一项应用就是使用石墨烯制作高性能超薄相机传感器（石墨烯对光线搜索的敏感度超过现在摄像机所使用的成像传感器千倍）。
在今年的世界移动大会石墨烯峰会上，代表全球通信运营商权益的全球贸易协会GSMA负责人说：“目前全球石墨烯年产能已达到百吨级，GSMA联盟预计，未来五年到十年，石墨烯年产能将达到千吨级。到2020年，石墨烯产业化规模将取得突破。其中，新能源市场规模将突破534亿元，复合材料市场规模将突破372亿元，电子信息行业市场规模将突破267亿元。”
中国石墨烯产业技术创新联盟今年7月发布的《2016全球石墨烯产业研究报告》（以下简称《报告》）中称，石墨烯研发成果转化与产业化发展迅速，截至目前，相当数量的研发项目已经顺利完成并进入商业化准备期，石墨烯产业有望进入井喷发展期。
中国正处于石墨烯“淘金”热潮
中国石墨烯产业技术创新联盟预测，石墨烯产业目前还处于初级阶段，预计到2020年，全球石墨烯才形成完整产业链，市场规模将达1000亿元，中国占比达50%至80%，将在全球石墨烯行业中起到主导和核心作用。
从2011年起，中国学者发表的石墨烯相关学术论文已居世界首位，中国申请的石墨烯专利已占到全球总数的40%。同时，中国也在引领着石墨烯材料的产业化运动，据不完全统计，目前国内有300余家企业从事石墨烯产品和生产设备开发，主要集中在石墨烯原材料、锂离子电池导电添加剂、超级电容器、防腐涂料、电加热和健康器材、触摸屏等领域。
但是，中关村石墨烯产业联盟理事长、中国科学院院士、北京大学纳米科学与技术研究中心主任刘忠范院士不止在一个场合表达了他对国内石墨烯行业“烯流滚滚”的担忧，在他看来，石墨烯拥有光明的未来，但眼下我们更需要耐心和坚持，需要踏踏实实的努力。