石墨烯傳感器將成安全領(lǐng)域新亮點(diǎn)

傳感器通過采集并傳輸被測環(huán)境信息，可實(shí)現(xiàn)致災(zāi)因素的有效監(jiān)測預(yù)警。以石墨烯材料為核心的傳感器具有比傳統(tǒng)傳感器更優(yōu)越的穩(wěn)定性、靈敏性、快速響應(yīng)性和耐久性，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，石墨烯傳感器有望在安全物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、安全監(jiān)測預(yù)警等方面發(fā)揮更大的作用。

石墨烯傳感器優(yōu)勢明顯

穩(wěn)定性、靈敏性、快速響應(yīng)性和耐久性。石墨烯具有二維層狀納米結(jié)構(gòu)，室溫下相當(dāng)穩(wěn)定。此外，石墨烯的碳原子呈SP 2雜化、π電子可以自由移動和高比表面積等特點(diǎn)，使其具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、新型的量子霍爾效應(yīng)以及獨(dú)特的超導(dǎo)性能。與傳統(tǒng)傳感器相比，石墨烯傳感器有著更加優(yōu)越的穩(wěn)定性、靈敏性、快速響應(yīng)性和耐久性，能高效的檢測出待檢物質(zhì)，提高了安全生產(chǎn)領(lǐng)域中對危險(xiǎn)因素的反應(yīng)和預(yù)警能力。在工業(yè)精度要求不斷提高的未來，石墨烯傳感器能更快的適應(yīng)各類高標(biāo)準(zhǔn)的檢測需求。

實(shí)現(xiàn)了“一器多用”的功能。石墨烯由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的性能，以它為基本材料制備的傳感器能應(yīng)用于更多領(lǐng)域，目前已經(jīng)成功制備出石墨烯傳感器可同時(shí)用于不同氣體分子、DNA、細(xì)菌、身體機(jī)能、有害顆粒等方面的檢測，實(shí)現(xiàn)了“一器多用”的功能。英國南安普頓大學(xué)和日本先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所共同開發(fā)的石墨烯傳感器，能同時(shí)檢測建筑有機(jī)氣體、室內(nèi)二氧化碳含量、家具揮發(fā)的甲醛等。而傳統(tǒng)的傳感器則是針對不同的檢測物質(zhì)，利用不同的制備工藝和材料制備的，只能檢測出一種或兩種物質(zhì)，功能較為單一。

成本低廉、制備簡單。目前探明的全球天然石墨儲量約為7100萬噸，其中中國儲量約為5500萬噸，占全球儲量的77%，居世界首位，而且價(jià)格比一般傳感器原材料（硅）要低很多。同時(shí)，石墨烯傳感器制備過程簡單，只需機(jī)械剝離的方法就可以制備出分子水平靈敏度的傳感器。石墨烯傳感器低廉的成本和簡單的制備工藝，已經(jīng)成為全世界范圍內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和業(yè)內(nèi)企業(yè)的研究重點(diǎn)。

石墨烯傳感器布局安全領(lǐng)域面臨諸多挑戰(zhàn)

實(shí)際應(yīng)用仍顯單薄。目前，石墨烯傳感器在安全領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用主要集中在環(huán)境監(jiān)測和人體健康監(jiān)測方面。在煤礦瓦斯檢測與預(yù)警方面，石墨烯傳感器能高度靈敏的檢測出一氧化碳和甲烷的存在。在人體健康監(jiān)測方面，石墨烯傳感器可與傳統(tǒng)運(yùn)動護(hù)腕結(jié)合，在護(hù)腕表面設(shè)置石墨烯顯示屏，能夠?qū)崟r(shí)掌握脈搏等身體機(jī)能的狀況。理論上，石墨烯傳感器在重金屬檢測、機(jī)電設(shè)備性能監(jiān)控等其他安全領(lǐng)域也有很好的應(yīng)用前景，但目前還沒有實(shí)際應(yīng)用案例。

生產(chǎn)技術(shù)尚存風(fēng)險(xiǎn)。目前我國石墨烯傳感器在規(guī)?；苽浼夹g(shù)、綠色制備技術(shù)等方面均存在瓶頸，無法真正體現(xiàn)石墨烯傳感器作為高性能、高品質(zhì)材料的特性和價(jià)值。實(shí)現(xiàn)低成本、批量化、穩(wěn)定的制備大面積、雜質(zhì)缺陷可控、層數(shù)可控的石墨烯傳感器仍是一個(gè)難題，直接制約其在安全領(lǐng)域的應(yīng)用。此外，石墨烯傳感器在生產(chǎn)過程中會涉及一系列化學(xué)反應(yīng)，需要添加鹽酸、硫酸等強(qiáng)酸物質(zhì)，以及水合肼、乙二胺等具有毒性的還原劑，產(chǎn)生的廢水和固廢若處理不當(dāng)會通過地表水迅速傳播，對生態(tài)環(huán)境造成很大影響。目前以這種非綠色工藝進(jìn)行石墨烯傳感器制備的企業(yè)并不在少數(shù)，再加上環(huán)保設(shè)施缺失，對生態(tài)環(huán)境安全存在較大隱患。

產(chǎn)業(yè)鏈并不完備。目前，石墨烯傳感器尚處于實(shí)驗(yàn)論證階段，產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體上處于產(chǎn)業(yè)化突破前期，產(chǎn)業(yè)化條件并不完備。一是研發(fā)主體仍是高校和科研機(jī)構(gòu)為主，而非企業(yè)，研發(fā)偏重于基礎(chǔ)科學(xué)而非實(shí)用技術(shù)，與實(shí)際市場需求存在脫節(jié)。二是石墨烯傳感器的應(yīng)用需求有限，一些實(shí)際應(yīng)用，如溫度傳感器和瓦斯傳感器，由于缺少規(guī)?；苽浼夹g(shù)和性能檢測手段等原因，市場需求量不大，無法靠市場力量拉動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。三是石墨烯傳感器應(yīng)用、認(rèn)證、檢測、使用標(biāo)準(zhǔn)等方面仍是空白。

石墨烯傳感器布局安全領(lǐng)域的幾點(diǎn)思考

圍繞安全需求，找準(zhǔn)石墨烯傳感器應(yīng)用突破口。各地區(qū)要充分認(rèn)識到本地區(qū)石墨烯產(chǎn)業(yè)情況、安全產(chǎn)業(yè)支柱領(lǐng)域、安全事故多發(fā)類型和政策支撐力度等問題，在政府政策引導(dǎo)和市場調(diào)節(jié)下，圍繞本土安全需求，如?；钒踩珒\(yùn)、礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控、城市安防等，有針對性的布局石墨烯傳感器產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方向，重點(diǎn)攻關(guān)，建立相關(guān)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，找準(zhǔn)突破口，伺機(jī)切入。有發(fā)展條件和研發(fā)基礎(chǔ)的地區(qū)，要以市場為導(dǎo)向，圍繞支柱產(chǎn)業(yè)或新興產(chǎn)業(yè)的安全需求布局石墨烯傳感器，從而引領(lǐng)石墨烯傳感器產(chǎn)業(yè)在安全領(lǐng)域多角度、健康發(fā)展。

加快研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新，提升石墨烯傳感器發(fā)展動力。整合各類創(chuàng)新資源，構(gòu)筑技術(shù)聚集高地，加強(qiáng)創(chuàng)新人才引進(jìn)，成立石墨烯傳感器創(chuàng)新中心，制定技術(shù)創(chuàng)新目錄和技術(shù)突破路線圖；對制備技術(shù)、規(guī)?；a(chǎn)工藝、下游高端應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)加強(qiáng)攻關(guān)，重點(diǎn)培育石墨烯與半導(dǎo)體材料復(fù)合技術(shù)、氧化還原技術(shù)、液相剝離技術(shù)等石墨烯傳感器關(guān)鍵制備工藝技術(shù)，降低規(guī)?；a(chǎn)成本；加大綠色工藝的開發(fā)與應(yīng)用，積極探尋環(huán)保材料代替對環(huán)境造成污染的添加劑，完善環(huán)保設(shè)施建設(shè)，廢水或廢棄物的排放要嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

抓住重點(diǎn)環(huán)節(jié)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的形成。一是建設(shè)企業(yè)化運(yùn)作、開放式的石墨烯研發(fā)、檢測公共服務(wù)平臺，培育示范性和導(dǎo)向性的下游企業(yè)，提升企業(yè)的研發(fā)能力。二是加大投資與政策扶持力度，鼓勵具有一定規(guī)模、具備發(fā)展?jié)摿Φ氖┢髽I(yè)進(jìn)入資本市場，利用市場的力量規(guī)范石墨烯傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。三是在政府的引導(dǎo)下，積極推動石墨烯傳感器國家標(biāo)準(zhǔn)的制定，構(gòu)建行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，掌控行業(yè)話語權(quán)，驅(qū)動石墨烯傳感器產(chǎn)業(yè)鏈的形成。