目錄

先鋒項(xiàng)目：

• GRAPHIL

• G+BOARD

• CircuitBreakers

• METROGRAPH

• GRAPES

• AEROGrAFT

• GBIRCAM

• Autovision

• GrEEnBat

• GICE

• SafeGraph

科學(xué)研究項(xiàng)目：

啟用科學(xué)和材料

• 賦能研究-Vladimir Fal’ko

• 自旋電子學(xué)-Stephan Roche

• 使能材料-Mar García-Hernández

健康、醫(yī)學(xué)和傳感器

• 健康與環(huán)境-Maurizio Prato

• 生物醫(yī)學(xué)技術(shù)-Kostas Kostarelos

• 傳感器-Peter Steeneken

電子和光子學(xué)集成

• 電子設(shè)備-Daniel Neumaier

• 光子學(xué)和光電子學(xué)-Frank Koppens

• 柔性電子學(xué)-Maria Smolander

• 晶圓級(jí)集成-Marco Romagnoli

能源、復(fù)合材料和生產(chǎn)

• 能源發(fā)電-Emmanuel Kymakis

• 儲(chǔ)能-Vittorio Pellegrini

• 功能性泡沫和涂料-Xinliang Feng

• 復(fù)合材料-Costas Galiotis

• 生產(chǎn)-Alex Jouvray

先鋒項(xiàng)目詳細(xì)內(nèi)容速覽

石墨烯旗艦先鋒項(xiàng)目是行業(yè)主導(dǎo)的計(jì)劃，旨在提高基于石墨烯的技術(shù)的技術(shù)準(zhǔn)備水平(TRL)。這些項(xiàng)目與項(xiàng)目的其他部分密切合作，以最大限度地發(fā)揮石墨烯旗艦在創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)和歐洲經(jīng)濟(jì)中的影響。

lGRAPHIL

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：Letizia Bocchi, Medica SpA, 意大利

產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人：Medica SpA, 意大利

項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人：Manuela Melucci，意大利國(guó)家研究委員會(huì)(CNR)

GRAPHIL正在為家用水槽、便攜式凈水器和入口水處理設(shè)備開(kāi)發(fā)石墨烯濾水器。這些產(chǎn)品將提供安全和清潔的水，減少對(duì)瓶裝水的需求。

2021年進(jìn)展：

為了尋找過(guò)濾材料的最佳選擇，GRAPHIL專注于涂有氧化石墨烯(GO)的聚砜(PSU)和聚醚砜(PES)中空纖維膜。該團(tuán)隊(duì)在存在微生物和新興污染物的情況下測(cè)試了由PSU-GO復(fù)合材料制成的不同濾水器。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，性能最好的材料是含3.5% GO的PSU-GO復(fù)合材料。這表明通過(guò)吸附能有效去除污染物：抗生素環(huán)丙沙星；鉛、鉻和銅等重金屬；氟化物質(zhì)（包括 PFAS）；以及微生物污染物。

該團(tuán)隊(duì)在不同的同行評(píng)審期刊上發(fā)表了他們的研究結(jié)果，涵蓋的主題包括用GO涂覆PES中空纖維、用兩步法制備GO納米片的可能性以及GO用于水處理的出色性能。

lG+BOARD

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：Brunetto Martorana，菲亞特研究中心，意大利

產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人：菲亞特克萊斯勒汽車(chē)，意大利

項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人：Vincenzo Palermo，意大利國(guó)家研究委員會(huì) (CNR)

G+BOARD正在生產(chǎn)一種用于車(chē)輛的集成無(wú)銅儀表板，其特點(diǎn)是基于石墨烯和相關(guān)材料的導(dǎo)電圖案、傳感器和設(shè)備。這些包括多功能石墨烯和還原氧化石墨烯。該團(tuán)隊(duì)正在努力更換目前用于汽車(chē)儀表板的銅線和按鈕，從而減少生產(chǎn)步驟并減輕車(chē)輛重量，同時(shí)提高美觀性、感知質(zhì)量和可回收性。G+BOARD專注于利用石墨烯電氣特性的兩個(gè)應(yīng)用：用于方向盤(pán)的石墨烯加熱元件；由石墨烯和相關(guān)材料實(shí)現(xiàn)帶有傳感器和電線的儀表板抽屜。

2021年進(jìn)展：

2021年，G+BOARD生產(chǎn)了一款高科技準(zhǔn)備水平(TRL)方向盤(pán)演示器，該方向盤(pán)集成了石墨烯基功能性聚合物涂層作為加熱元件。這種涂層是一種節(jié)能系統(tǒng)，既可用作焦耳加熱器又可用作散熱器。因此，它比傳統(tǒng)的線材加熱系統(tǒng)加熱更快、更均勻。

lCircuitBreakers

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：Anna Andersson，ABB，瑞典

產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人：ABB，瑞典

項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人：Francesco Bertocchi, 納內(nèi)薩, 意大利

低壓空氣斷路器（也稱為L(zhǎng)VCB）是電網(wǎng)中常見(jiàn)的保護(hù)裝置。驅(qū)動(dòng)它們?cè)诖蜷_(kāi)和關(guān)閉位置之間運(yùn)行的機(jī)構(gòu)通常用油脂潤(rùn)滑。然而，眾所周知，潤(rùn)滑脂的老化會(huì)導(dǎo)致故障，并且需要昂貴的、基于時(shí)間的維護(hù)和重新潤(rùn)滑。CircuitBreakers Spearhead項(xiàng)目旨在通過(guò)將驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的油脂潤(rùn)滑替換為結(jié)合金屬和石墨烯的自潤(rùn)滑復(fù)合材料（以涂層或燒結(jié)部件的形式）來(lái)展示首創(chuàng)的免維護(hù)LVCB。

2021年進(jìn)展：

CircuitBreakers成功優(yōu)化了多層金屬石墨烯涂層，滿足了特定的粘附、摩擦、磨損和腐蝕目標(biāo)。我們的先鋒項(xiàng)目還將電鍍工藝擴(kuò)大到100升，顯示出一致且有希望的結(jié)果。與用于參考的潤(rùn)滑組件相比，涂有這種新技術(shù)的石墨烯斷路器具有更好的性能。這些結(jié)果鼓勵(lì)該團(tuán)隊(duì)致力于專利申請(qǐng)。

lMETROGRAPH

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：Paola Galli，諾基亞，意大利

產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人：諾基亞，意大利

項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人：Vito Sorianello, CNIT, 意大利

METROGRAPH Spearhead項(xiàng)目將有助于改善互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)并使其更具可持續(xù)性。由于石墨烯支持的光學(xué)和寬帶通信，人們將能夠更好地獲取教育、工作、醫(yī)療保健等方面的信息。

METROGRAPH采用基于石墨烯的光子集成電路的光收發(fā)器將在城域網(wǎng)（10–500 公里）以及更遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)距離的網(wǎng)段中運(yùn)行。將高質(zhì)量和高遷移率的石墨烯單晶矩陣轉(zhuǎn)移到硅晶片上，以實(shí)現(xiàn)高性能調(diào)制器和光電探測(cè)器，其基本調(diào)制率為64 GSymbols/s，每個(gè)符號(hào)最多可攜帶6位，具體取決于所使用的調(diào)制格式。這些創(chuàng)新電路和已建立的硅光子學(xué)平臺(tái)確保了最高效率、低功耗、低成本和小尺寸。

2021年進(jìn)展：

METROGRAPH在帶寬超過(guò)30GHz的電吸收調(diào)制器方面取得了出色的成績(jī)。使用兩種不同的調(diào)制方案開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)和四級(jí)脈沖幅度調(diào)制(PAM4)檢測(cè)到光數(shù)據(jù)流，其中PAM-4與OOK通信中使用的常用機(jī)制相比，有效地使連接的總?cè)萘吭黾恿艘槐丁Ｔ搱F(tuán)隊(duì)在OOK方案中達(dá)到了105 Gbit/s，在PAM-4中達(dá)到了120 Gbit/s，為石墨烯光電探測(cè)器設(shè)置了最先進(jìn)的技術(shù)。

這些用于石墨烯光子芯片的定制電子集成電路的設(shè)計(jì)推動(dòng)了該項(xiàng)目的發(fā)展。

lGRAPES

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：Marina Foti，Enel Green Power，意大利

產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人：Enel Green Power, 意大利

項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人：Antonio Agresti，意大利羅馬大學(xué) Tor Vergata

硅太陽(yáng)能電池正逐漸達(dá)到其理論效率極限，而鈣鈦礦電池已成為高效光伏的低成本替代品。通過(guò)利用石墨烯和相關(guān)材料，GRAPES Spearhead項(xiàng)目旨在結(jié)合硅和鈣鈦礦技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)、制造和表征創(chuàng)新的串聯(lián)太陽(yáng)能電池。這種獨(dú)特的組合可以將性能和穩(wěn)定性提高到新的記錄水平，從而以具有成本效益的方式制造穩(wěn)定的光伏面板。啟用石墨烯的太陽(yáng)能電池板可以實(shí)現(xiàn)能源成本的平準(zhǔn)化——生命周期成本除以能源生產(chǎn)，不到20歐元/兆瓦時(shí)。

2021年進(jìn)展：

在過(guò)去的一年里，GRAPES致力于在低于200°C的溫度下生產(chǎn)的新型石墨烯-鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池。新型機(jī)械堆疊設(shè)備的效率從24提高到 26.7%。研究人員還開(kāi)發(fā)了用于連接和封裝頂部和底部子電池的兼容且穩(wěn)定的材料。頂部子電池是采用石墨烯和相關(guān)材料設(shè)計(jì)的半透明鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，而底部子電池是石墨烯旗艦工業(yè)合作伙Enel Green Power 提供的商用硅異質(zhì)結(jié)。

該團(tuán)隊(duì)還在研究用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的微型逆變器，并針對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)進(jìn)行了優(yōu)化，這是一種最大限度地提高能量提取的技術(shù)。

lAEROGrAFT

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：Philip Herberger，德國(guó)漢莎技術(shù)公司

產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人：德國(guó)漢莎技術(shù)公司

項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人：Rainier Adelung，德國(guó)基爾 Christian-Albrechts 大學(xué)

AEROGrAFT Spearhead項(xiàng)目的主要目標(biāo)是為客機(jī)建立一個(gè)可持續(xù)和創(chuàng)新的空氣過(guò)濾系統(tǒng)。多虧了石墨烯，這將提供最佳水平的機(jī)艙空氣質(zhì)量以及智能自清潔和消毒選項(xiàng)。

我們的團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)一種由石墨烯氣凝膠泡沫制成的過(guò)濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)由具有獨(dú)特機(jī)械和電氣特性的超輕、低密度材料組成。

2021年進(jìn)展：

AEROGrAFT使用新開(kāi)發(fā)的連續(xù)剝離反應(yīng)器改進(jìn)了航空石墨烯泡沫的生成。它導(dǎo)致剝離石墨烯的產(chǎn)量從每天10克提高到250克。除了數(shù)量之外，石墨烯旗艦研究人員還設(shè)法提高了質(zhì)量。我們現(xiàn)在可以制造50 cm3大小的泡沫，具有高重現(xiàn)性和均質(zhì)性。

2021年的另一項(xiàng)重大成功是開(kāi)發(fā)具有創(chuàng)新智能特性的航空石墨烯過(guò)濾材料，例如能夠監(jiān)控過(guò)濾器狀態(tài)和一些環(huán)境條件。

AEROGrAFT還評(píng)估了不同的系統(tǒng)集成選項(xiàng)、認(rèn)證要求，并開(kāi)發(fā)了首個(gè)航空石墨烯過(guò)濾器系統(tǒng)演示器。

lGBIRCAM

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：Tapani Ryh?nen, Emberion, 芬蘭

產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人：芬蘭恩貝里翁

項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人：Aapo Vartula, VTT, 芬蘭

GBIRCAM Spearhead項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)一種獨(dú)特的工業(yè)相機(jī)和圖像傳感器，以生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的高性能高光譜成像系統(tǒng)。具有可見(jiàn)光、短波紅外(SWIR)和中波紅外(MWIR)像素的相機(jī)為塑料回收、紡織品分揀、采礦和食品質(zhì)量分析等多個(gè)行業(yè)的新機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用鋪平了道路。該圖像傳感器的其他應(yīng)用包括霧和煙霧條件下的監(jiān)視以及各種環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用，例如二氧化碳檢測(cè)。

GBIRCAM正在研究直接在其表面上帶有80x60超像素陣列的CMOS讀出電路。一個(gè)超像素由三個(gè)子像素組成，用于檢測(cè)可見(jiàn)光、SWIR和MWIR/LWIR光。所有子像素都使用石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管(GFET)進(jìn)行電荷檢測(cè)和放大。GFET在CMOS電路上的集成已成功完成。

這種首創(chuàng)的傳感器允許使用一個(gè)焦平面陣列在可見(jiàn)光和紅外范圍內(nèi)同時(shí)成像和檢測(cè)。相機(jī)電子、機(jī)械、軟件和集成電路已準(zhǔn)備好并經(jīng)過(guò)全面測(cè)試，可用于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。

2021年進(jìn)展：

GBIRCAM團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了為基于GFET的超像素量身定制的讀出集成電路(ROIC)，并使用Emberion提供的相機(jī)電子設(shè)備對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試?？梢?jiàn)光和SWIR光敏像素均已在GFET像素上制造。因此，包括熱釋電薄膜傳感器在內(nèi)的不同構(gòu)建模塊已準(zhǔn)備好集成到演示器和最終原型中。

該團(tuán)隊(duì)還根據(jù)客戶需求創(chuàng)建了寬帶產(chǎn)品的技術(shù)描述文件，并分析了寬帶波長(zhǎng)傳感的應(yīng)用領(lǐng)域，例如采礦、氣體傳感、用于回收利用的高光譜成像、監(jiān)控、食品分揀和遙感機(jī)會(huì)。

lAutovision

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：Stijn Goossens，Qurv Technologies，西班牙

產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人：西班牙 Qurv Technologies

項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人：Steven Brems，imec，比利時(shí)

Autovision Spearhead項(xiàng)目將允許（半）自動(dòng)駕駛汽車(chē)在不利的環(huán)境條件下運(yùn)行。它旨在開(kāi)發(fā)用于擴(kuò)大先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)的石墨烯紅外圖像傳感器制造所需的設(shè)備和工藝。同樣的技術(shù)還可以在擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)的結(jié)合）的全天候運(yùn)行中找到應(yīng)用，并通過(guò)多光譜視覺(jué)增強(qiáng)服務(wù)機(jī)器人的能力。

我們的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了一種晶圓級(jí)石墨烯制造工藝，展示了基于石墨烯的廣譜像素在具有低分辨率測(cè)試陣列的CMOS測(cè)試芯片上的集成。

2021年進(jìn)展：

Autovision在擴(kuò)大基于石墨烯的電子設(shè)備的道路上取得了兩個(gè)重要里程碑，這將使這些產(chǎn)品變得經(jīng)濟(jì)并得到廣泛采用。首先是開(kāi)發(fā)用于半自動(dòng)石墨烯分層的工具。其次是將石墨烯分層到不透明的玻璃晶片上，用作將石墨烯轉(zhuǎn)移到其目標(biāo)晶片基板的載體。

l?GrEEnBat

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：Stefan Koller，VARTA Innovation，奧地利

產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人：奧地利瓦爾塔創(chuàng)新

項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人：Andrea Gamucci，BeDimensional，意大利

GreEnBAT Spearhead項(xiàng)目旨在擴(kuò)大用于鋰離子電池的創(chuàng)新硅-石墨烯復(fù)合電極的制造。硅作為陽(yáng)極中的活性材料，將鋰離子電池的能量密度提高了20%以上，但充電和放電過(guò)程中的體積變化通常會(huì)降低電池的可循環(huán)性。出于這個(gè)原因，GrEEnBAT使用石墨烯作為機(jī)械和導(dǎo)電框架，可以保持電極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有助于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)循環(huán)壽命。該團(tuán)隊(duì)將全面開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)的功能性電池模塊。

2021年進(jìn)展：

我們的團(tuán)隊(duì)今年取得了重大進(jìn)展，并實(shí)現(xiàn)了電池材料和電極升級(jí)的所有目標(biāo)，以制造第一個(gè)概念驗(yàn)證21700原型電池。這些是直徑為21毫米、長(zhǎng)度為70毫米的可充電鋰離子電池。得益于硅-石墨烯復(fù)合材料，GrEEnBAT可以保持更高的能量密度，比陽(yáng)極中采用石墨的最先進(jìn)電池高出20%。GreEnBAT還將循環(huán)性能提高了60%以上。

第一個(gè)概念驗(yàn)證原型已經(jīng)制造出來(lái)，并且正在進(jìn)行全面的評(píng)估和測(cè)試。計(jì)劃在2022年進(jìn)行更多迭代，以凍結(jié)電池單元的設(shè)計(jì)結(jié)束。

lGICE

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：Fabien Dezitter，空客直升機(jī)，法國(guó)

產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人：空客直升機(jī)，法國(guó)

項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人：Guillaume Fievez，比利時(shí)索納卡

積冰是飛機(jī)的主要問(wèn)題?；谑┑某峁┝艘环N替代的、重量輕、高效且通用的解決方案，有望降低電力和燃料消耗。GICE Spearhead項(xiàng)目正在研究大型飛機(jī)機(jī)翼的板條、直升機(jī)的旋翼葉片和進(jìn)氣口，所有這些都是根據(jù)工業(yè)合作伙伴的需求量身定制的，主要是石墨烯旗艦合作伙伴空中客車(chē)直升機(jī)和索納卡。

2021年進(jìn)展：

GICE今年以所需的形式、數(shù)量和質(zhì)量展示了石墨烯相關(guān)材料的生產(chǎn)能力。我們的團(tuán)隊(duì)甚至成功地描述了材料的物理和化學(xué)特性。

我們的項(xiàng)目致力于提高石墨烯基加熱器元件的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和加熱功率密度。GICE展示了加熱器元件完全適應(yīng)空客和索納卡指定的薄層電阻范圍。

此外，我們的團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試不同的濕度和冰傳感器方面取得了進(jìn)展，同樣基于石墨烯和相關(guān)材料。

lSafeGraph

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：James Baker，TEMAS Solutions，瑞士

產(chǎn)業(yè)化負(fù)責(zé)人：TEMAS 解決方案，瑞士

項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人：Peter Wick, EMPA, 瑞士

SafeGraph Spearhead Project提供了一套指導(dǎo)方針，支持其他Spearhead項(xiàng)目和Graphene Flagship實(shí)現(xiàn)其新產(chǎn)品的基本法規(guī)遵從性。這將加速進(jìn)入市場(chǎng)的道路，在商業(yè)化之前為石墨烯旗艦合作伙伴節(jié)省時(shí)間和金錢(qián)。SafeGraph應(yīng)用監(jiān)管事務(wù)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、（生態(tài)）毒理學(xué)以及物理和環(huán)境化學(xué)的概念來(lái)評(píng)估石墨烯醫(yī)療設(shè)備、食品接觸材料、航空復(fù)合材料和可穿戴電子產(chǎn)品的主要監(jiān)管需求。

2021年進(jìn)展：

在過(guò)去的一年里，SafeGraph為包含石墨烯和相關(guān)材料(GRM)的復(fù)雜電子設(shè)備制定了第一個(gè)監(jiān)管路線圖，用于醫(yī)療和消費(fèi)應(yīng)用。這確定了當(dāng)前法規(guī)中的一些初步差距，導(dǎo)致實(shí)施應(yīng)急措施以確保我們的材料安全進(jìn)入市場(chǎng)。

我們的團(tuán)隊(duì)模擬了GRM在其生命周期結(jié)束時(shí)的影響，包括它們?cè)跉W洲地表水、天然城市土壤和污泥處理土壤中的釋放。該模型包括2004年至2030年之間的時(shí)間間隔，這是一項(xiàng)重大成就，其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了該項(xiàng)目。

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歐盟石墨烯旗艦計(jì)劃2021年年報(bào)原文下載：

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