最新！“欧盟石墨烯旗舰计划”2021年报发布（11个先锋项目进展公布）

目录

先锋项目：

• GRAPHIL

• G+BOARD

• CircuitBreakers

• METROGRAPH

• GRAPES

• AEROGrAFT

• GBIRCAM

• Autovision

• GrEEnBat

• GICE

• SafeGraph

科学研究项目：

启用科学和材料

• 赋能研究-Vladimir Fal’ko

• 自旋电子学-Stephan Roche

• 使能材料-Mar García-Hernández

健康、医学和传感器

• 健康与环境-Maurizio Prato

• 生物医学技术-Kostas Kostarelos

• 传感器-Peter Steeneken

电子和光子学集成

• 电子设备-Daniel Neumaier

• 光子学和光电子学-Frank Koppens

• 柔性电子学-Maria Smolander

• 晶圆级集成-Marco Romagnoli

能源、复合材料和生产

• 能源发电-Emmanuel Kymakis

• 储能-Vittorio Pellegrini

• 功能性泡沫和涂料-Xinliang Feng

• 复合材料-Costas Galiotis

• 生产-Alex Jouvray

先锋项目详细内容速览

石墨烯旗舰先锋项目是行业主导的计划，旨在提高基于石墨烯的技术的技术准备水平(TRL)。这些项目与项目的其他部分密切合作，以最大限度地发挥石墨烯旗舰在创新生态系统和欧洲经济中的影响。

lGRAPHIL

项目负责人：Letizia Bocchi, Medica SpA, 意大利

产业化负责人：Medica SpA, 意大利

项目副负责人：Manuela Melucci，意大利国家研究委员会(CNR)

GRAPHIL正在为家用水槽、便携式净水器和入口水处理设备开发石墨烯滤水器。这些产品将提供安全和清洁的水，减少对瓶装水的需求。

2021年进展：

为了寻找过滤材料的最佳选择，GRAPHIL专注于涂有氧化石墨烯(GO)的聚砜(PSU)和聚醚砜(PES)中空纤维膜。该团队在存在微生物和新兴污染物的情况下测试了由PSU-GO复合材料制成的不同滤水器。在实验室环境中，性能最好的材料是含3.5% GO的PSU-GO复合材料。这表明通过吸附能有效去除污染物：抗生素环丙沙星；铅、铬和铜等重金属；氟化物质（包括 PFAS）；以及微生物污染物。

该团队在不同的同行评审期刊上发表了他们的研究结果，涵盖的主题包括用GO涂覆PES中空纤维、用两步法制备GO纳米片的可能性以及GO用于水处理的出色性能。

lG+BOARD

项目负责人：Brunetto Martorana，菲亚特研究中心，意大利

产业化负责人：菲亚特克莱斯勒汽车，意大利

项目副负责人：Vincenzo Palermo，意大利国家研究委员会 (CNR)

G+BOARD正在生产一种用于车辆的集成无铜仪表板，其特点是基于石墨烯和相关材料的导电图案、传感器和设备。这些包括多功能石墨烯和还原氧化石墨烯。该团队正在努力更换目前用于汽车仪表板的铜线和按钮，从而减少生产步骤并减轻车辆重量，同时提高美观性、感知质量和可回收性。G+BOARD专注于利用石墨烯电气特性的两个应用：用于方向盘的石墨烯加热元件；由石墨烯和相关材料实现带有传感器和电线的仪表板抽屉。

2021年进展：

2021年，G+BOARD生产了一款高科技准备水平(TRL)方向盘演示器，该方向盘集成了石墨烯基功能性聚合物涂层作为加热元件。这种涂层是一种节能系统，既可用作焦耳加热器又可用作散热器。因此，它比传统的线材加热系统加热更快、更均匀。

lCircuitBreakers

项目负责人：Anna Andersson，ABB，瑞典

产业化负责人：ABB，瑞典

项目副负责人：Francesco Bertocchi, 纳内萨, 意大利

低压空气断路器（也称为LVCB）是电网中常见的保护装置。驱动它们在打开和关闭位置之间运行的机构通常用油脂润滑。然而，众所周知，润滑脂的老化会导致故障，并且需要昂贵的、基于时间的维护和重新润滑。CircuitBreakers Spearhead项目旨在通过将驱动机构中的油脂润滑替换为结合金属和石墨烯的自润滑复合材料（以涂层或烧结部件的形式）来展示首创的免维护LVCB。

2021年进展：

CircuitBreakers成功优化了多层金属石墨烯涂层，满足了特定的粘附、摩擦、磨损和腐蚀目标。我们的先锋项目还将电镀工艺扩大到100升，显示出一致且有希望的结果。与用于参考的润滑组件相比，涂有这种新技术的石墨烯断路器具有更好的性能。这些结果鼓励该团队致力于专利申请。

lMETROGRAPH

项目负责人：Paola Galli，诺基亚，意大利

产业化负责人：诺基亚，意大利

项目副负责人：Vito Sorianello, CNIT, 意大利

METROGRAPH Spearhead项目将有助于改善互联网网络并使其更具可持续性。由于石墨烯支持的光学和宽带通信，人们将能够更好地获取教育、工作、医疗保健等方面的信息。

METROGRAPH采用基于石墨烯的光子集成电路的光收发器将在城域网（10–500 公里）以及更远距离、长距离的网段中运行。将高质量和高迁移率的石墨烯单晶矩阵转移到硅晶片上，以实现高性能调制器和光电探测器，其基本调制率为64 GSymbols/s，每个符号最多可携带6位，具体取决于所使用的调制格式。这些创新电路和已建立的硅光子学平台确保了最高效率、低功耗、低成本和小尺寸。

2021年进展：

METROGRAPH在带宽超过30GHz的电吸收调制器方面取得了出色的成绩。使用两种不同的调制方案开关键控(OOK)和四级脉冲幅度调制(PAM4)检测到光数据流，其中PAM-4与OOK通信中使用的常用机制相比，有效地使连接的总容量增加了一倍。该团队在OOK方案中达到了105 Gbit/s，在PAM-4中达到了120 Gbit/s，为石墨烯光电探测器设置了最先进的技术。

这些用于石墨烯光子芯片的定制电子集成电路的设计推动了该项目的发展。

lGRAPES

项目负责人：Marina Foti，Enel Green Power，意大利

产业化负责人：Enel Green Power, 意大利

项目副负责人：Antonio Agresti，意大利罗马大学 Tor Vergata

硅太阳能电池正逐渐达到其理论效率极限，而钙钛矿电池已成为高效光伏的低成本替代品。通过利用石墨烯和相关材料，GRAPES Spearhead项目旨在结合硅和钙钛矿技术来设计、制造和表征创新的串联太阳能电池。这种独特的组合可以将性能和稳定性提高到新的记录水平，从而以具有成本效益的方式制造稳定的光伏面板。启用石墨烯的太阳能电池板可以实现能源成本的平准化——生命周期成本除以能源生产，不到20欧元/兆瓦时。

2021年进展：

在过去的一年里，GRAPES致力于在低于200°C的温度下生产的新型石墨烯-钙钛矿-硅串联太阳能电池。新型机械堆叠设备的效率从24提高到 26.7%。研究人员还开发了用于连接和封装顶部和底部子电池的兼容且稳定的材料。顶部子电池是采用石墨烯和相关材料设计的半透明钙钛矿基太阳能电池，而底部子电池是石墨烯旗舰工业合作伙Enel Green Power 提供的商用硅异质结。

该团队还在研究用于将直流电转换为交流电的微型逆变器，并针对最大功率点跟踪(MPPT)进行了优化，这是一种最大限度地提高能量提取的技术。

lAEROGrAFT

项目负责人：Philip Herberger，德国汉莎技术公司

产业化负责人：德国汉莎技术公司

项目副负责人：Rainier Adelung，德国基尔 Christian-Albrechts 大学

AEROGrAFT Spearhead项目的主要目标是为客机建立一个可持续和创新的空气过滤系统。多亏了石墨烯，这将提供最佳水平的机舱空气质量以及智能自清洁和消毒选项。

我们的团队正在开发一种由石墨烯气凝胶泡沫制成的过滤系统，该系统由具有独特机械和电气特性的超轻、低密度材料组成。

2021年进展：

AEROGrAFT使用新开发的连续剥离反应器改进了航空石墨烯泡沫的生成。它导致剥离石墨烯的产量从每天10克提高到250克。除了数量之外，石墨烯旗舰研究人员还设法提高了质量。我们现在可以制造50 cm3大小的泡沫，具有高重现性和均质性。

2021年的另一项重大成功是开发具有创新智能特性的航空石墨烯过滤材料，例如能够监控过滤器状态和一些环境条件。

AEROGrAFT还评估了不同的系统集成选项、认证要求，并开发了首个航空石墨烯过滤器系统演示器。

lGBIRCAM

项目负责人：Tapani Ryhänen, Emberion, 芬兰

产业化负责人：芬兰恩贝里翁

项目副负责人：Aapo Vartula, VTT, 芬兰

GBIRCAM Spearhead项目正在开发一种独特的工业相机和图像传感器，以生产经济实惠的高性能高光谱成像系统。具有可见光、短波红外(SWIR)和中波红外(MWIR)像素的相机为塑料回收、纺织品分拣、采矿和食品质量分析等多个行业的新机器视觉应用铺平了道路。该图像传感器的其他应用包括雾和烟雾条件下的监视以及各种环境监测应用，例如二氧化碳检测。

GBIRCAM正在研究直接在其表面上带有80x60超像素阵列的CMOS读出电路。一个超像素由三个子像素组成，用于检测可见光、SWIR和MWIR/LWIR光。所有子像素都使用石墨烯场效应晶体管(GFET)进行电荷检测和放大。GFET在CMOS电路上的集成已成功完成。

这种首创的传感器允许使用一个焦平面阵列在可见光和红外范围内同时成像和检测。相机电子、机械、软件和集成电路已准备好并经过全面测试，可用于进一步的实验。

2021年进展：

GBIRCAM团队创建了为基于GFET的超像素量身定制的读出集成电路(ROIC)，并使用Emberion提供的相机电子设备对其进行了测试。可见光和SWIR光敏像素均已在GFET像素上制造。因此，包括热释电薄膜传感器在内的不同构建模块已准备好集成到演示器和最终原型中。

该团队还根据客户需求创建了宽带产品的技术描述文件，并分析了宽带波长传感的应用领域，例如采矿、气体传感、用于回收利用的高光谱成像、监控、食品分拣和遥感机会。

lAutovision

项目负责人：Stijn Goossens，Qurv Technologies，西班牙

产业化负责人：西班牙 Qurv Technologies

项目副负责人：Steven Brems，imec，比利时

Autovision Spearhead项目将允许（半）自动驾驶汽车在不利的环境条件下运行。它旨在开发用于扩大先进驾驶辅助系统的石墨烯红外图像传感器制造所需的设备和工艺。同样的技术还可以在扩展现实（增强现实、虚拟现实和混合现实的结合）的全天候运行中找到应用，并通过多光谱视觉增强服务机器人的能力。

我们的项目开发了一种晶圆级石墨烯制造工艺，展示了基于石墨烯的广谱像素在具有低分辨率测试阵列的CMOS测试芯片上的集成。

2021年进展：

Autovision在扩大基于石墨烯的电子设备的道路上取得了两个重要里程碑，这将使这些产品变得经济并得到广泛采用。首先是开发用于半自动石墨烯分层的工具。其次是将石墨烯分层到不透明的玻璃晶片上，用作将石墨烯转移到其目标晶片基板的载体。

l GrEEnBat

项目负责人：Stefan Koller，VARTA Innovation，奥地利

产业化负责人：奥地利瓦尔塔创新

项目副负责人：Andrea Gamucci，BeDimensional，意大利

GreEnBAT Spearhead项目旨在扩大用于锂离子电池的创新硅-石墨烯复合电极的制造。硅作为阳极中的活性材料，将锂离子电池的能量密度提高了20%以上，但充电和放电过程中的体积变化通常会降低电池的可循环性。出于这个原因，GrEEnBAT使用石墨烯作为机械和导电框架，可以保持电极的结构稳定性，有助于实现目标循环寿命。该团队将全面开发电动汽车的功能性电池模块。

2021年进展：

我们的团队今年取得了重大进展，并实现了电池材料和电极升级的所有目标，以制造第一个概念验证21700原型电池。这些是直径为21毫米、长度为70毫米的可充电锂离子电池。得益于硅-石墨烯复合材料，GrEEnBAT可以保持更高的能量密度，比阳极中采用石墨的最先进电池高出20%。GreEnBAT还将循环性能提高了60%以上。

第一个概念验证原型已经制造出来，并且正在进行全面的评估和测试。计划在2022年进行更多迭代，以冻结电池单元的设计结束。

lGICE

项目负责人：Fabien Dezitter，空客直升机，法国

产业化负责人：空客直升机，法国

项目副负责人：Guillaume Fievez，比利时索纳卡

积冰是飞机的主要问题。基于石墨烯的除冰提供了一种替代的、重量轻、高效且通用的解决方案，有望降低电力和燃料消耗。GICE Spearhead项目正在研究大型飞机机翼的板条、直升机的旋翼叶片和进气口，所有这些都是根据工业合作伙伴的需求量身定制的，主要是石墨烯旗舰合作伙伴空中客车直升机和索纳卡。

2021年进展：

GICE今年以所需的形式、数量和质量展示了石墨烯相关材料的生产能力。我们的团队甚至成功地描述了材料的物理和化学特性。

我们的项目致力于提高石墨烯基加热器元件的导电性、导热性和加热功率密度。GICE展示了加热器元件完全适应空客和索纳卡指定的薄层电阻范围。

此外，我们的团队在设计、制造和测试不同的湿度和冰传感器方面取得了进展，同样基于石墨烯和相关材料。

lSafeGraph

项目负责人：James Baker，TEMAS Solutions，瑞士

产业化负责人：TEMAS 解决方案，瑞士

项目副负责人：Peter Wick, EMPA, 瑞士

SafeGraph Spearhead Project提供了一套指导方针，支持其他Spearhead项目和Graphene Flagship实现其新产品的基本法规遵从性。这将加速进入市场的道路，在商业化之前为石墨烯旗舰合作伙伴节省时间和金钱。SafeGraph应用监管事务、风险评估、（生态）毒理学以及物理和环境化学的概念来评估石墨烯医疗设备、食品接触材料、航空复合材料和可穿戴电子产品的主要监管需求。

2021年进展：

在过去的一年里，SafeGraph为包含石墨烯和相关材料(GRM)的复杂电子设备制定了第一个监管路线图，用于医疗和消费应用。这确定了当前法规中的一些初步差距，导致实施应急措施以确保我们的材料安全进入市场。

我们的团队模拟了GRM在其生命周期结束时的影响，包括它们在欧洲地表水、天然城市土壤和污泥处理土壤中的释放。该模型包括2004年至2030年之间的时间间隔，这是一项重大成就，其影响远远超出了该项目。

更多精彩内容请见原文

欧盟石墨烯旗舰计划2021年年报原文下载：

https://graphene-flagship.eu/media/qg0jjlle/graphene-flagship_annual-report-2021.pdf