1、美国石墨烯行业发展政策与规划 2002-2013年间,美国国家自然科学基金会(NSF)关于石墨烯的资助项目有近500项。重点项目包括复合材料的研究(2008-2014,资助金额2千万美元)、石墨烯电子器件开发(2008-2014,资助金额850万美元)、场效应晶体管、存储器件开发(2011-2015,资助金额170万美元)、石墨烯连续制备工艺(2013-2017,资助金额150万美元)、生物传感器(2007-2014,资助金额140万美元)等。 2013年,美国国家科学基金会与美国加州大学签署了为期三年、价值36万美元的研发合同,以支持对石墨烯热性能的进一步研究,为先进电子和光学器件带来全新散热技术。亚历山大·巴兰丁教授、罗杰·雷克教授和阿肖克教授将共同参与该名为"二维性能和三维能力:设计石墨烯热性能"的项目。他们将研究在扭曲的石墨烯层中压缩声子耦合的可能性,以进行高热量传输。声子是晶格震动的能量量子,可在石墨烯中携带热量。 美国国防部(DoD)及其下属机构美国国防高级研究计划署(DARPA)等开展了多项石墨烯研究项目,重点开发下一代更小、更快的电子器件、在太赫兹和新型量子器件中的应用等。 2008年7月,DARPA发布碳电子射频应用项目(CarbonElectronicsforRFApplications,CERA),项目投资2200万美元,研究周期为2008-2012年。IBM研究人员Yu-mingLin与PhaedonAvoris开发的新款石墨烯晶体管,截止频率达155GHz,沟道长度约为40纳米,超越2010年2月的截止频率达100GHz,沟道长度为240nm的成果。这也是这种非硅电子材料迄今为止所能达到的最高频率。该成就是美国国防部高级研究计划署(DARPA)赞助的碳电子射频应用(CERA)项目取得的里程碑式进步,也是开发下一代通信设备工程的一部分。 2009年,DoD开展了多学科大学研究计划(MultidisciplinaryUniversityResearchInitiative,MURI),研究期间为2009-2013年,总经费为750万美元。该计划中包括美国空军石墨材料基础研究(FundamentalgrapheneMaterialStudies)和功能石墨烯材料研究和器件概念项目(2009年启动),美国海军TailoringElectronicBandgapofNanostructureGraphene(2009年启动)和陆军的新型2-D氧化物和氮化物(Novel2-doxidesandnitrides)(2011年启动)等。 美国俄亥俄州研究商业化资助项目(OhioResearchCommercializationGrantProgram,ORCGP)32资助美国纳米技术仪器(NanotekInstruments)公司约35万美元,用于应用于锂离子电池的纳米石墨烯复合电极的商业化生产。纳米石墨烯复合材料具有较大容量(>2000毫安小时/克),是石墨实际容量的6-8倍。实验已经证明这种材料300多个充放电循环后,还能够保持其结构的完整性和良好性能。这种复合阳极材料可用于电动车等能源存储应用的锂离子电池。商业化周期为2009年4月28日至2011年4月28日。 2013年8月,密歇根理工大学的科学家通过锂氧化物与一氧化碳反应得到一种独特蜂巢状结构的三维石墨烯,该三维石墨烯电极的光电转换效率达到7.8%,与铂电极8%的转换效率相当,而石墨烯的价格却很低廉,有望取代铂在太阳能电池中的应用。该项目得到美国化学学会石油研究基金(PRF-51799-ND10)和美国国家科学基金会(NSF-CBET-0931587)的资助。 在美国国家科学基金会(NSF)资助下,拉马尔大学的科研团队开发出一种新型磁性石墨烯纳米复合材料(MGNCs),在酸性溶液中,当pH值在1至3之间,而不是在中性和碱性条件下快速清除铬(VI)。使用这种新型材料的吸附时间仅为几分钟,明显快于传统的吸附剂,需要数小时甚至数天这个新的进程。也符合美国环境保护署(EPA)对低浓度铬污染物的处理要求。并且,通过使用磁铁,可以快速实现对吸附剂和重金属的回收。 2、美国石墨烯行业发展重点方向 2006年-2011年,美国国家自然科学基金(NSF)关于石墨烯的资助项目有200项,包括石墨烯超级电容器应用、石墨烯连续和大规模纳米制造等项目。2008年,美国国防部高级研究计划署(DARPA)投资2200万美元研发超高速和低耗能的石墨烯晶体管。同时,至少有10多家公司在研发与产业化方面取得了新的拓展。 3、美国石墨烯行业最新研究成果 2010年,美国莱斯大学利用该石墨烯量子点,制作单分子传感器。莱斯大学将石墨烯薄片与单层氦键合,形成石墨烷。石墨烷是绝缘体。氦使石墨烯由导体变换成为绝缘体。研究人员移除石墨烯薄片两面的氦原子岛,就形成了被石墨烷绝缘体包围的、微小的导电的石墨烯阱。该导电的石墨烯阱就可作为量子阱。量子点的半导体特性要优于体硅材料器件。这一技术可用来制作化学传感器、太阳能电池、医疗成像装置或是纳米级电路等。