历时8年的欧盟石墨烯旗舰计划硕果累累，产出包括相关产品、衍生公司和先锋项目。

石墨烯层沉积在硅晶片上，用于比利时微电子研究中心（IMEC）开发的微电子和计算应用

2013年，欧盟启动了一项为期10年、斥资10亿欧元的计划，称为石墨烯旗舰计划（Graphene Flagship）。这是欧盟有史以来规模最大的三个有针对性的技术研发计划之一，旨在为石墨烯二维材料创造应用和市场，并使欧洲占据石墨烯技术的最前沿。欧盟于2013年启动了另一个专注于人脑的旗舰计划，于2018年启动了涵盖量子技术的第三个旗舰计划，这两个计划也都是为期10年、斥资10亿欧元。

石墨烯旗舰计划的影响以及它是否值得如此巨大的公共投入和努力，要到未来数年后才会见分晓。

“过去7年多来，石墨烯旗舰计划成功将石墨烯从实验室推向社会，创造了一个富有成效的石墨烯和层状材料应用开发的欧洲工业生态系统。”旗舰计划2020年度报告总结道，“今天，我们的石墨烯工业家族包括100多家公司，与石墨烯旗舰计划的学术合作伙伴在汽车、航空工业、电子、能源、复合材料和生物医学等诸多领域开展广泛的合作。”

石墨烯旗舰计划还剩下两年半的时间，该计划声称已经产生了大约90种以某种方式结合石墨烯的产品，其应用迥然不同于传统器件，比如霍尔效应传感器的灵敏度是硅基传感器的10倍，再如具有高音和低音增强功能的耳机。其他称心的产品包括改进牵引力的自行车轮胎、具有卓越柔韧性和耐用性的网球拍、具有高冲击分散的摩托车头盔以及高性能空调。用于半导体的石墨烯化学气相沉积（CVD）系统就源自石墨烯旗舰计划的研发。

瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学的亚里 · 基纳雷特（Jari Kinaret）指出，在学术研究的产出方面，如果以每花费1欧元发表的专利和论文数量来衡量，“我们做得非常好”。这位凝聚态物理学家从一开始就领导了石墨烯旗舰计划。但很少有类似规模的特定技术合作，因此对旗舰计划的绩效评估在很大程度上是比较主观的。“多年来，我一直在提议，如果有人能提出一个可衡量的、有意义的关键绩效指标，我会请他们吃一顿大餐。”基纳雷特说。

旗舰计划创新主管卡里 · 耶尔特（Kari Hjelt）表示，一旦该计划完成，将对其经济影响进行同行评审评估。但他提醒道，打分式的评估可能是片面的，因为从研究到商业化的时间通常要15年或更长时间。到目前为止，显而易见的是，旗舰计划鼓励欧洲产业界冒更大风险从事新产品的商业化。

不像在美国，产业界通常会为涉及政府机构的合作研究投入部分自有资金，而石墨烯旗舰计划则为其商业合作伙伴报销他们的直接研发费用。不过，基纳雷特指出，负责监管旗舰计划的欧盟委员会仅承担了产业合作伙伴产生的一部分间接费用或管理费。

旗舰计划现有的大约170个合作伙伴中，来自大学和产业的合作伙伴大致平分秋色。“一开始，学术界的会员约占75%。产业界的合作伙伴可能更多的是旁观者而不是参与者。”基纳雷特指出，但旗舰计划一开始为自己绘制的路线图是预期随着计划发展，产业界会有更大的参与度。

从现在到2023年，旗舰计划还剩下1.5亿欧元经费可以支出，其中约45%将用于资助应用研究，15%将投入到基础研究。研究在四个广泛的主题领域进行：赋能科学（enabling science）和材料，健康、医学和传感器，电子和光子元件集成，能源、复合材料和生产。

旨在将特定石墨烯产品商业化的产业主导的多机构合作项目——先锋项目（Spearhead Projects）获得另外30%的旗舰计划预算。其余预算用于行政支持服务，包括标准开发、产品性能测试和管理。

技术推动

目前的11个先锋项目于2020年启动，将于2023年9月结束。基纳雷特说，按照设计，这些项目只能进展到原型阶段，需要欧盟委员会的特别许可才能更进一步，而产品的完全商业化则发生在旗舰计划之外。

图示石墨烯粉末是由石墨烯旗舰计划衍生的意大利公司BeDimensional为制造业和能源行业生产的

意大利Medica SpA公司过滤器和医疗应用实验室主任莱蒂齐亚 · 博基（Letizia Bocchi）领导了格拉西尔（Graphil）先锋项目，该项目正在研发用于饮用水水龙头的过滤器，由嵌入氧化石墨烯的聚合物纺成的中空纤维制成。石墨烯能吸收有机污染物，如抗生素和全氟化合物，若非如此，这些污染物会逃脱纤维的机械过滤。其他优点还包括其工艺不会像反渗透那样产生废水。

另外两家公司，法国的Polymem公司和英国的行业巨头LifeSaver公司，以及意大利国家研究所、瑞典查尔姆斯理工大学和英国曼彻斯特大学也是格拉西尔项目的合作伙伴。博基指出，单个公司无法负担所需的研发费用，政府的支持必不可少。“我们正在建立一个专门生产纤维的工厂，这是一项巨大的投资。”她补充说，这个旗舰计划在整个欧盟的知名度很高，因此吸引了许多公司前来联系并表达了兴趣。

断路器先锋项目正在利用石墨烯的自润滑特性开发改进断路器，以保护风电场、医院和数据中心等电力供应商和消费者。油是确保断路器机械功能的现有标配，已沿用百年之久，断路器中的油随着时间的推移会分解，必须定期更换。瑞典ABB公司首席科学家安娜 · 安德森（Anna Andersson）领导该先锋项目。她说，研究人员正在评估石墨烯涂层通过电镀或烧结在金属基材上的应用。参与该先锋项目的其他产业界成员还有瑞典的材料生产商Graphmatech公司和意大利的Nanesa公司。瑞典查尔姆斯理工大学、英国曼彻斯特大学、希腊Hellas研究与技术基金会以及罗马托尔维加塔大学是该项目的学术合作伙伴。

另一个自动视觉（Autovision）先锋项目旨在为自动驾驶汽车生产传感器，以在黑暗或有雾的条件下检测物体和道路曲率。领导该项目的Qurv 技术公司是从西班牙光子科学研究所（ICFO）衍生出来的。Qurv公司的石墨烯-量子点图像传感器技术采用与互补金属氧化物半导体（CMOS） 制造工艺兼容的广谱计算机视觉技术。瑞典美国合资公司、世界上最大的汽车安全设备供应商Autoliv的衍生公司Veoneer，比利时非营利组织IMEC以及德国技术公司Aixtron是自动视觉项目的合作伙伴。如果成功，新传感器将为砷化镓和砷化铟技术（该技术需要稀有金属和有毒砷）提供替代方案。

Aixtron公司用于化合物半导体的石墨烯化学气相沉积制备，相关技术由德国公司通过石墨烯旗舰计划开发

由空客公司领导的一个先锋项目旨在为飞机开发一种基于石墨烯的热电防冰系统。菲亚特克莱斯勒汽车公司（现名Stellantis）正在领导一个生产无金属石墨烯汽车仪表板的先锋项目，这种仪表板可以降低制造成本并降低燃料消耗。由Varta Microinnovation公司领导的另一个先锋项目计划推进用于锂离子汽车电池的石墨烯-硅阳极的研制，其目标是将旗舰计划早期阶段开发的复合材料的寿命提高到1 000次充放电循环。

石墨烯旗舰计划已经衍生出十几家公司。InBrain Neuroelectronics公司由加泰罗尼亚政府资助的两家旗舰计划合作研究机构创办，正在开发基于石墨烯的植入物，用于治疗帕金森病、癫痫和其他脑部疾病。2021年3月，该公司宣布已从风险投资公司和西班牙政府那里筹集了总计1 500万欧元的资金。BeDimensional是一家意大利的衍生公司，为制造业和能源业研发和生产石墨烯。

鞋子和混凝土

石墨烯的许多低端技术应用，如复合材料，在没有旗舰计划支持的情况下已经向前发展。将石墨烯添加到轮胎橡胶里，可提高轮胎的抓地力和耐用性。英国Inov-8公司制造的鞋子帮助越野跑者在光滑岩石上跑步，同时还提供了良好的缓冲。研究人员发现，掺入少量（通常为0.1%）石墨烯薄片的混凝土可以将材料的结构强度提高30%，从而减少对结构钢筋的需求。添加石墨烯还降低了工程所需的混凝土量，并减少了水泥和混凝土的大量碳足迹。

曼彻斯特大学石墨烯工程创新中心负责人詹姆斯 · 贝克（James Baker）说，曼彻斯特大学在5月份与一家建筑公司合作，用新的“混凝土”浇筑了当地一家体育馆的地板。“从事该行业40年的建筑商说，这是他们见过的最好的混凝土地板。”贝克说。

尽管英国脱欧，英国的成员仍将留在旗舰计划中直至计划结束。安德烈 · 海姆（Andre Geim）和康斯坦丁 · 诺沃肖洛夫（Kostantin Novoselov）在2004年发现了如何制备石墨烯，他们所在的曼彻斯特大学参与了好几个先锋项目。这所大学还拥有英国国家石墨烯研究所，类似的国家级石墨烯研究机构遍布欧盟各国。

贝克指出，石墨烯旗舰计划不是曼彻斯特大学的单打独斗，而是汇集了更大范围的大学和产业界参与者。“10亿欧元的经费，旗舰计划已经达到了临界规模，其他活动，如毒理学、健康和安全以及标准，最好是集体来做。依靠集体的力量是加速石墨烯整个供应链的关键部分，如果要商业化，这一点至关重要。”

石墨烯委员会是总部位于美国北卡罗来纳州拥有国际会员资格的行业协会，其执行主任特伦斯 · 巴尔坎（Terrance Barkan）感谢石墨烯旗舰计划提高了欧洲对材料的认识，并为学术研发提供了持续支持。“石墨烯旗舰计划的优势是为欧盟和欧洲提供了围绕这些先进材料发展产业的统一战略。而在美国，每个人都是各做各的研究。”他评论道，“但是，尽管旗舰计划在支持创新方面表现良好，但商业转换并没有人们预期的那么成功。依赖旗舰计划向行业提供补贴可能会导致产品卖不出去。”

一个转折点

不管如何评判其业绩，石墨烯旗舰计划预计不会超过10年的立项期限。“旗舰计划结束后，我们的许多活动将在地平线欧洲（Horizon Europe）计划的支持下继续进行。”基纳雷特说，他指的是欧盟斥资955亿欧元的广泛研发计划，该计划将持续到2027年。“有些将达到不再需要欧洲纳税人支持的成熟水平。”

巴尔坎说，与其复制欧盟的旗舰计划，美国应该通过放宽监管要求来推动需求，目前在美国，每项石墨烯新应用都需要获得环境保护局的批准。美国还可以通过制定道路建筑材料的低碳排放要求来促进石墨烯-混凝土等产品的增长。

对石墨烯需求的预测差异很大，但毫无疑问，石墨烯市场将迅速扩大。尽管如此，石墨烯的应用仍因缺乏面向应用的标准和统一的质量指标而受到阻碍。旗舰计划的一部分工作致力于制定此类标准，但标准被采用需要多个国家和国际标准机构的批准，这一过程可能需要数年时间。“问题是，产业界等不起这么多年。”巴尔坎说，他所在的石墨烯委员会还致力于加快标准的采用。

“石墨烯研究正接近一个转折点。”贝克认为，他预计“快车道和慢车道”应用将出现增长。“快车道”类别包括橡胶、塑料和碳纤维等，这些用途不需要改变制造工艺，也不需要政府批准。相比之下，由于需要监管部门的批准和认证流程，净水膜和生物医学等“慢车道”应用的进展则会比较缓慢。

资料来源 Physics Today