石墨烯作為一種碳基新材料，具有良好的光、電、熱、力性能，在電子信息、新材料、新能源、生物醫藥等領域具有廣闊的應用前景，正成為全球新技術新產業革命的焦點。目前，全球已有80多個國家投入石墨烯材料研發，美、英、韓、日、歐等更將石墨烯研究提升至國家戰略高度。本文將為大家介紹當前研究領域領先的世界五大石墨烯研究中心及中國的頂尖石墨烯研究機構。

一、曼徹斯特石墨烯國家研究院

石墨烯問世於曼徹斯特大學，2010年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因石墨烯研究方面的成就獲得當年諾貝爾物理學獎。作為石墨烯的誕生國，英國看到了石墨烯這種超級材料的無限發展前景。瞄準新一輪產業革命，2011年，英國政府決定在曼徹斯特大學建造國家石墨烯研究所(，NGI)。2015年3月，耗資6100萬英鎊的NGI正式掛牌成立。

NGI是當前英國乃至世界石墨烯相關研究的策源地。NGI核心使命在於不斷開拓二維(2D)材料科學與應用前沿領域，兼顧石墨烯以及二維材料產業化、商業化。以NGI為中心，石墨烯工程創新研究中心(，GEIC)和HenryRoyce研究院承接和發展NGI研究成果，不斷探索二維材料商業應用新模式。合作是國家石墨烯研究所的關鍵。目前超過80家公司已經與曼徹斯特大學合作，致力於石墨烯的應用。

2019年，NGI累積發表論文近60篇，其中NS正刊5篇、大子刊3篇，、ACS系列等頂刊累計約19篇。統計發現，NGI近半數新發頂刊研究內容與2D材料異質結關聯，主要報道異質結構中二維材料中新奇或反常電子流體和光電現象，重點聚焦基礎物理領域。

二、劍橋石墨烯研究中心

劍橋石墨烯研究中心(CambrigeGrapheneCentre，CGC)同曼大NGI一樣是英國石墨烯協同創新組織的一部分。CGC的定位是工程創新中心，主要任務是橋接學界和工業界，推動石墨烯及2D材料的產業化，促進應用科研成果的市場化進程，重點強調2D材料相關的應用。

投資CGC的主要目的在於填補兩個方面的空白:(1)面向工業生產，研究中試工藝設備體系，測試與優化基於石墨烯、納米材料以及其他新型2D材料的噴墨打印技術;(2)面向自供能、無線互聯等對能源存儲的要求，研究基於透明柔性基地的智能集成器件。利用石墨烯和其他相關材料賦能新型柔性、節能電子、光電器件是上述工作面臨的核心挑戰。

為逐步攻克上述難關，CGC從四個大方向布局2D材料相關研究:(1)材料的生長、轉移和打印;(2)能源應用;(3)器件互聯;(4)傳感器應用。

2019年劍橋大學納米科學中心ColmDurkan博士在《Adv.Mater》期刊提出了一種簡單有效的解決方案，用於去除石墨烯表面上的PMMA殘留物。

圖1、石墨烯器件製造的示意圖。a)在Cu箔上CVD生長的石墨烯旋塗有塊狀PMMA作為支撐層。b)在轉移到矽襯底上並且去除了塊狀PMMA之後，留下石墨烯表面但是具有一些聚合物殘留物。c)在用於圖案化石墨烯-金屬接觸的電子束光刻之後的抗蝕劑顯影之後，更多的PMMA殘留物留在石墨烯表面上。

d)然後在金屬化之後將這些殘留物捕獲在石墨烯和金屬電極之間。e，f)在(b)和(c)的兩個步驟之後，如本工作中提出的在離子溶液中處理樣品可以有效地去除石墨烯表面上的殘留物。為了理解觀察結果，應該認識到PMMA是疏水的，石墨烯也是如此。因此，PMMA強烈粘附於石墨烯表面。PMMA具有碳骨架，具有酯側鏈。當暴露於低pH時(如HCl的情況)，酯可以水解得到醇(其將分散成溶液)和脂肪酸，其保持附著在骨架上。這種酸性形式的PMMA將是親水性的，因此i)與下面的石墨烯具有更弱的相互作用，並且ii)將與水更強烈地相互作用。兩者的組合導致PMMA緩慢溶解。至於NaCl的作用，可能發生不同的反應，包括PMMA的甲基側基的氯化，以產生氯甲烷，其也是高極性的，因此是水溶性的。

三、西班牙光電科學研究所

西班牙光電科學研究所(TheInstituteofPhotonicScience，ICFO)是一所專注於光電研究的世界級研究中心，網羅世界范圍內高端光電領域基礎與應用研究科學家，立志於解決光電前沿領域的未知問題，推動先進光電技術的應用。鑒於石墨烯和2D材料的新奇光電特性以及飛速發展，與量子和納米生物學並列，ICFO獨立開辟石墨烯和2D材料研究新板塊，希望利用2D材料替代傳統光電材料，解決當前光電領域所面臨的困難和挑戰。基礎科學探索與新興應用研究並舉，ICFO在基礎科學和在新興應用分別確立了四大探索研究方向。

2017年，西班牙光子科學研究所首次製備出高分辨率石墨烯-量子點CMOS成像傳感器。2019年，上述課題組累計發文15篇，Nature、PRL、ACS系列等頂刊近6篇，發文熱點主要集中在二維材料納機電振子、魔角石墨烯和石墨烯光電領域。、

在能源方面，ICFO旨在探索石墨烯在半透明光伏器件中的可行應用途徑，並通過新型功能材料和納米結構的應用研發可再生能源器件。

在高精傳感方面，ICFO的研究重點是基於石墨烯納機電振子的超分辨質譜儀和光力系統，並行開展基於石墨烯的中紅外探測器、氣體探測器和應用於DNA、蛋白質等的生化傳感器。

在表面等離激元光子學方面，主要研究石墨烯等離激元的電調控與探測、基於石墨烯等離激元的光調製等等。

在基礎光學方面，主要研究納米量子光學、人造石墨烯、超快光學以及石墨烯非線性光學等。

在成像系統應用方面，ICFO主要研究能夠覆蓋深紫外-可見光-紅外的基於COMS工藝圖像傳感器。

在可穿戴應用方面，主要研究柔性、半透明的健康檢測系統，能夠有效檢測血氧等多健康參量。

在光電探測器方面，主要研究基於寬帶吸收的超寬帶探測器以及結合石墨烯、量子點和其他2D材料的集成探測器。

在柔性傳感器方面，主要研究石墨烯和其他2D材料賦能的柔性傳感器，包括光學傳感器、RFID、生化傳感器、氣體傳感器、柔性屏和抗菌、超潤滑表面等。

四、新加坡國立大學先進二維材料研究中心

2010年新加坡國立大學(NUS)宣布，它將設立一個新的研究中心，主要是集中在二維材料上(就像石墨烯)的研究。所謂的“二維材料中心”(2MC)在未來10年裡將獲得國家研究基金會的4000萬美元的資金。

新加坡國立大學先進二維材料研究中心(TheNUSCentreforAdvanced2DMaterials，CA2DM)與曼大NGI和劍橋CGC類似，是一所在2D材料發展浪潮的助推下成立的新研究中心，旨在從概念、表征、理論建模和應用等全方位探索和跟進2D材料所帶來的革命性技術。

因此，CA2DM分為四個大的研究組:(1)石墨烯組;(2)其他2D材料組;(3)2D器件組合;(4)理論組。CA2DM目前是新加坡最大的2D材料綜合研究中心，在基於2D材料的基礎科學研究和產業化應用方面走在亞洲國家前列。

2019年，CA2DM累計發文96篇，Nature正刊1篇、NS子刊、AdvancedMaterails，AdvancedEnergyMaterials，NanoEnergy，ACS系列等頂刊近40篇，發文幾乎涵蓋上述各個研究方向。

五、韓國三星綜合技術院

韓國石墨烯產業發展產學研結合緊密，在基礎研究及產業化方面發展較為均衡，特別是在產業企業層面，SAIT投入了巨大研發力量，保證了其在石墨烯應用於柔性顯示、觸摸屏以及芯片等領域的國際領先地位。

韓國三星綜合技術院(SamsungAdvancedInstituteofTechnology，SAIT)隸屬於三星集團探索與發展事業集群，建立宗旨是“無限探求”(Boudlessresearchforbreakthrough)前沿科技，其核心使命包括:(1)為新市場研究領先的或原創技術;(2)促進技術融合創新;(3)推動納米科技發展;(4)研究顛覆性技術。

未來10年石墨烯具有提升和變革若乾產業領域的巨大潛力，同時也有望在歐州和全球創造大量新增就業機會。因而，從技術角度審視石墨烯究竟對哪些具體產業領域更為重要，這非常關鍵。

中國頂尖石墨烯研究機構之一——北京石墨烯研究院

北京石墨烯研究院(BGI)是在北京市政府支持下，由北京大學與中國建材集團、中國寶安集團等行業龍頭企業於2016年聯合發起成立的專注於石墨烯產業核心技術研發、高端研發代工服務、科技成果孵化轉化的新型研發機構;同時成立BGI科技股份有限公司作北京石墨烯研究院成果轉化與產業化推進載體。首任院長由國際著名納米碳材料專家、北京大學劉忠范院士擔任，並邀請諾貝爾獎獲得者、曼徹斯特大學康斯坦丁·諾沃肖洛夫教授擔任名譽院長。

北京石墨烯研究院對接產業發展和國家重大需求，布局石墨烯產業核心關鍵技術，踐行企業高端研發代工新型服務模式，培植一批石墨烯殺手鐧級應用，孵化一批石墨烯高科技企業群，培育千億級石墨烯產業集群，打造我國石墨烯產業核心競爭力。

引領石墨烯產業的核心技術策源地、高科技產業創新機制與創新文化示范區、全球石墨烯高端人才匯聚地、石墨烯產業資源協同聚集體及創新創業高地。

目前，製備的石墨烯材料與理想還差得很遠，因此我最近經常講的是今天的石墨烯材料並不等同於未來的石墨烯材料，現在做的石墨烯，現在的用途未必甚至很有可能不會成為未來產業的核心。而對於我們來說，需要把它做到極致，才能形成產業，製備決定未來，關鍵是能不能做出真正好的石墨烯材料。

關於未來的石墨烯產業，將是建立在石墨烯材料的殺手鐧級的應用基礎之上，而不是作為萬金油式的添加劑。國內市場主要關注這些產品，包括服飾、塗料、複合材料、吸附、潤滑產品以及石墨烯鋰電池、智能手環、石墨烯手機觸摸屏等等;而國際上關注的是石墨烯超級汽車， 還有物聯網傳感器、可穿戴設備與健康管理、數據通信、能源技術、複合材料等等。

關於中國石墨烯材料產業的現狀，急功近利傾向嚴重，缺乏對未來石墨烯產業核心技術的關注，專利數量多，但創新能力不足，缺少真正的核心知識產權。另外，資本市場的炒作魚目混珠，產業園區盲目建設，簡單重複現象嚴重。檢測標準尚未建立，市場產品魚龍混雜，經費投入分散且嚴重不足。政府在當中要明確決策定位，著重布局未來石墨烯產業核心技術，將中低端產品放手交給市場和企業。

關於石墨烯專利

據英國專利谘詢公司CambridgeIP的研究，截至2014年5月全球在石墨烯領域申請的專利數量為11372項，亞洲佔3060項，歐洲和英國分別僅有361項和41項，明顯處於落後境地。需要審慎看待石墨烯領域的專利數量。

目前中國和韓國在石墨烯領域申請了大量專利，而歐洲專利局在授予專利方面很挑剔，因而歐洲提交的專利申請數量較少。專利數量的差距，並不是表明歐洲在該技術領域處於落後境地的一項指標。

就專利絕對數量而言，不可否認歐洲處於落後，但其質量並不低於其他國家。中國的很多專利並非國際專利;韓國在某一領域的專利數量多達數十個，而歐洲專利則覆蓋了眾多研究領域。歐洲和英國確實需要更多專利，也正在為此努力，但需要更審慎地看待專利數量。