欧盟委员会发布石墨烯旗舰计划十年评估报告

 一

石墨烯旗舰计划的实施满足了一个主要需求——即利用对石墨烯相关材料创新挖潜，将其从基础科学研究中提炼，并推进其更加接近现实应用。

石墨烯旗舰计划的推出非常及时，且意义重大。由于亚洲和美国在最具创新性的材料和设备发展方面处于全球领先地位，因此石墨烯旗舰计划是欧盟在石墨烯相关材料领域进行战略定位的正确且关键举措。石墨烯旗舰计划如今为提高欧盟在石墨烯相关材料技术方面的战略自主性和竞争力做出了卓越贡献。

 二

未来和新兴技术旗舰计划的推出，其重要目的是促使多学科科技领域的广泛交叉协作，使基础研究的成果在健康、环境、材料、制造、电子、自旋电子学、光子和光电子学、传感器、柔性电子学、能量存储与生成、纳米复合材料和生物医学等领域产生影响和作用。

图2 石墨烯旗舰计划十年发展示意图（欧盟石墨烯旗舰计划图片）

石墨烯旗舰计划非常有效，实现了该计划在H2020阶段开始时设定的大部分初始科学技术（S&T）目标。十年来，石墨烯旗舰计划在实现其大部分目标方面取得了重大进展，在不同科技领域均取得了显著成果。代表性的例子包括：

（1）针对石墨烯及其相关材料（二维材料）的科学见解不断发展和深化，特别是对于新型二维材料，如过渡金属二硫属化物（TMDC），它具有有限的带隙（与传统石墨烯不同），使其适用于电子和光电领域应用。

图3 有关Wse2和过渡金属二硫属化合物（TMDC）的出版物数量对比（数据摘自中国、美国和所有欧洲国家的科学网络）（欧盟石墨烯旗舰计划图片）

（2）石墨烯旗舰计划推动了自旋电子学领域的发展，为基于石墨烯相关材料的自旋电子学变革性进步奠定了理论基础。但是，由于与现有半导体技术集成及工业规模设备生产制造方面仍存挑战，其对技术的实际影响力仍然有限。

（3）在推进石墨烯生产和扩大规模方面取得了重大成果，确保了产量、质量和产品广泛供给的能力，重点展示了基于石墨烯的涂料、泡沫和复合材料等多种产品的发展潜力及其在能源等领域的示范应用能力。

（4）生物医学应用领域的材料和工程化进展，使得石墨烯在原型产品中的示范应用成为可能，如能够与视网膜进行双向（记录和刺激）通信的石墨烯电极、亦或是首个基于石墨烯的神经接口设备。

（5）基于石墨烯的力学强度、特殊的电子性能和易于功能化的特点，石墨烯旗舰计划展示了基于石墨烯相关材料发展传感器的巨大潜力，包括机械、电子、光学以及化学传感器，可实现低成本、高灵敏度和选择性检测等功能。

（6）小规模单晶石墨烯阵列的开发使得大量高性能光子和光电子器件的应用成为可能，展示了石墨烯在该领域的发展潜力。

（7）石墨烯旗舰计划通过展示演示验证设备的实现功能，在证明石墨烯相关材料可用于柔性和可穿戴电子产品等方面取得了重大进展。其中实现了三项创新——隐蔽安全功能、干电极以及基于石墨烯相关材料的织物和纱线——已展现出工业应用的现实潜力。

（8）石墨烯相关材料在超大规模电子设备中的应用，可能是最艰巨的目标。在2D‑EPL项目中，使用先进方法进行晶圆级石墨烯沉积方面取得相关进展。但在实现低功率、高频率晶体管方面进展甚微。在这一领域，高性能器件技术需要从实验室转移到工业制造设施中，若要达到既定目标，仍需付出巨大努力。

石墨烯旗舰计划为欧盟在石墨烯相关材料方面的投资带来了全球知名度。该计划在确立欧盟与中、美两国并列成为石墨烯研究领域全球领导者的过程中，发挥了关键作用。

通过为大约1000名博士和博士后提供培训和教育，石墨烯旗舰计划培养了新⼀代技术熟练的专业人才，并为未来欧盟石墨烯相关材料的研发奠定基础。

未来和新兴技术旗舰计划的推进，使得通过努力协调欧盟及其成员国的国家与地区之间的计划，在欧洲建立⼀个大型创新生态系统成为可能；该计划的核心由“地平线2020”计划资助，而补充活动则由FLAG‑ERA网络中汇集的国家和地区资助机构支持的合作项目资助。各个组织也可以作为准会员加入石墨烯旗舰计划。

图4 石墨烯旗舰计划十年取得的影响力（欧盟石墨烯旗舰计划图片）

由于多学科属性和大规模合作，石墨烯旗舰计划建立了一个由学术和工业研究人员组成的广泛交流社区，致力于实现一个共同目标，其研发规模和研究领域多样性都非常出色。除了核心项目中的170个合作伙伴外，共有来自35个不同欧盟成员国和其他相关国家的213个组织，以联合成员的身份与石墨烯旗舰计划建立了联系，这些组织或以个人身份或通过合作项目的方式进行合作。石墨烯旗舰计划建立了模范的合作关系和网络，通过会议、研讨会和各种传播活动扩大学术和工业领域受众。

通过这种形式，石墨烯旗舰计划成功减少了碎片化散点合作，创造了协同效应，优化了欧洲国家和地区研究和创新计划之间的互补性，从而可能对欧盟的研究工作产生持久的结构效应。

石墨烯旗舰计划在制定标准、标准化生产流程以及改进健康和安全规程方面也取得了重要成就。所有上述工作都有助于加快石墨烯及其相关材料的问世时间。

由此产生的生态系统为欧盟确保其在全球石墨烯相关材料市场的竞争力奠定了基础，该市场预计将继续增长，复合材料、电池和电子产品等领域将显著受益，首先实现大规模生产。

石墨烯旗舰计划已经向市场推出了100多种产品，欧盟27国作为一个具有相当规模经济实力的全球实体，在石墨烯知识产权生产方面的排名大致与美国和中国相当。石墨烯旗舰计划已获得80多项专利，是欧盟主要的专利参与计划之一，也是全球范围内强大的竞争参与者。

图5 2013年至2023年期间每年的与石墨烯相关的出版物数量中、美、欧对比（欧盟石墨烯旗舰计划图片）

根据石墨烯旗舰计划此前公布的全球报告显示，十年来已经努力促成17家初创企业的成立，标志着从石墨烯相关材料从基础研究到商业化的转变逐渐取得了良好效果。

图6 石墨烯旗舰计划启动十年后，在13个项目中与118个学术和工业领域合作伙伴进行协同攻关（欧盟石墨烯旗舰计划图片）

石墨烯旗舰计划利用石墨烯相关材料技术实现生物医学、ICT和创新领域应用，探索石墨烯材料作为可持续替代品，为减缓气候变化做出贡献，从而应对社会和环境挑战。

由于过于注重科学和经济指标，该计划无法详细考虑石墨烯及其相关材料更广泛的社会和道德方面影响。

 三

石墨烯旗舰计划致力于优化资源利用，促进可持续的技术进步，并在追求尖端科技突破的过程中保持财务健康。

总体而言，石墨烯旗舰计划代表了欧盟的一项战略投资，产生了重大的科学、技术和经济价值，同时也成功将欧洲定位为石墨烯及其相关材料领域技术研发和创新的主要贡献者之一。

 四

尽管石墨烯旗舰计划已成为全球石墨烯及其相关材料领域的重要参与者，但其与全球其他研究计划的互动，本可以合力产生更大影响力或形成更大项目，以促进比目前实际实施更广泛的合作。

 五

石墨烯旗舰计划致力于解决重大的、跨学科的科学技术挑战，其核心是雄心勃勃的一体化发展愿景。这些挑战的性质和规模意味着，只有通过欧盟层面的协调联合与持续推进，才能最终实现目标。欧盟为石墨烯旗舰计划提供了大量资金，参与国也提供了补充资金，这种方式可以形成足够规模的资金，从而有效支持单一国家无法负担的大型项目和计划。

 六

经过十年的努力，针对石墨烯及其相关材料的研发创新工作仍需要持续推进，尽快将相关技术提升到更高的技术成熟度水平（TRL>5），特别要加强在多个应用领域中的系统集成，以便将材料的生产从实验室带入工厂。石墨烯及其相关材料技术的资金对于保持欧洲竞争力、尽快取得突破性成果至关重要。

许多工作已经在修订后的“地平线欧洲”计划资助支持下启动，该计划于2023年10月启动，通过竞争性招标的方式，协调支持一些规模较小的研发创新项目。预计新的共同发展计划——欧洲创新先进材料伙伴关系（IAM4EU），将于2025年启动，持续推进发展。

在此背景下，为了进一步促进基于石墨烯及其相关材料的创新，独立评估专家组的建议是：

（1）加强与欧盟其他投资活动的一致性，争取在全球性的合作倡议中发挥领导作用，以扩大石墨烯旗舰计划在研发领域的影响力；

（2）建立一个由相关利益相关者组成的外部独立咨询委员会，反映对欧洲和国际层面政治、工业、社会、道德和科学影响；

（3）将科学和咨询活动与日常管理分开，加强对现有研究团体视野和利益之外可能的新方向的探究和考虑；

（4）力争使所有欧盟成员国更加均衡地参与整个计划。