全球首款石墨烯电子纸诞生记:失误的操作反攻破技术难关

南方+ 记者 陈思勤 郜小平  2016-06-03 18:16

4月,广州奥翼电子科技股份有限公司(下称“奥翼电子”)推出全球首款石墨烯电子纸,吸引了许多公司、高校研究者前来取经。在奥翼电子一楼展厅,一张张犹如医院X光片一样的塑料薄板在工作人员手中任意地弯曲、折叠。

石墨烯电子纸是目前已知最薄的材料,厚度仅0.3毫米,应用它的显示屏可以薄得像纸一样。同时,它又比金刚石还坚硬,“像衬衣一样的防弹衣”不再是天方夜谭。

陈宇说,未来,我们喝水的杯子、休息的椅子、家里的地板、衣柜……等等一切有“屏幕”的地方,都可以“贴”上一层薄薄的电子纸,随时随地与好友聊天、看新闻、刷朋友圈……实现互联互通。

“厚”积“薄”开启电子纸“密码锁”

在佛山市禅城区一家药店内,货架上药品的价格标签从手写卡片换成了黑白“电子屏”。这些屏幕正是用奥翼电子研发的石墨烯电子纸制作的。据药店工作人员介绍,这种标签已在多家门店试用,“过去每月都要靠人工更换药品纸质标签,花上三天时间。现在如果全用电子显示,只需三个小时。”

陈宇介绍,与传统的电子纸相比,石墨烯电子纸具有更多优点:它是目前已知最薄的显示材料,厚度仅0.3毫米;同时,它又比金刚石还坚硬,更耐摔耐撞。电子纸显示屏非常适合应用于穿戴式电子设备等需要超柔性显示屏的领域。如今传统的电子纸采用的是一种叫ITO薄膜的半导体显示材料,且ITO薄膜采用了稀有金属铟,不但价格昂贵而且存储量少。

以kindle的电子纸墨水显示屏为例,这层薄薄的屏幕后面有一层固态光电层,里面包括有若干个微小的胶囊状颗粒(称为微胶囊)。微胶囊中含有电泳液,电泳液中有一种颜色的纳米粒子带正电或负电。通过加电压,驱动带电纳米粒子在微胶囊中的电泳液中产生迁移来进行不同的显示。

“在微胶囊电泳显示技术中,难度最大的就是制作出能够高质量显示的电子纸。”陈宇说,每张电子纸有20多层材料,每层材料由数百万微胶囊组成,这些微胶囊直径仅为1/3头发丝直径,是显示的关键器件,也称之为“电子墨水”,而每个微胶囊又是由数十万个纳米级材料组成。20多层材料组成电子纸的过程,有如打开密码锁的过程,每一层纸就代表一位“密码”,这二十几层材料必须在每一层都是对的情况下才能组成一个开门的“密码”,此时才能打开“大门”,实现正常显示。

“光是这20多层材料的排列组合就是天文数字,研发难度可想而知,所以我们耗费了很多年才实现量产。”回忆研发过程,陈宇不无感慨。这位美国普林斯顿大学博士,曾经在美国归国高科技公司当首席工程师,他的超薄显示屏研究成果还在《自然》杂志(2003年5月8日)上发表。

当时,电子纸正被国际巨头公司垄断。直至今日,美国公司E-Ink仍然占有电子纸约90%的市场份额。

经过3年漫长的实验室研究,就在研发团队踏破铁鞋、几近绝望的时候,让人想不到的“神之右手”出现了:一名工程师因为一个偶然的操作失误,在纳米粒子处理中出现了一个不应该有的步骤,眼看这一次的努力又将化为乌有,但出乎意料的是,这批废品的性能,正是他们苦苦寻觅的成果。

“真的是瞎猫撞上死耗子。”陈宇笑道,2005年从美国辞职回国一直待在实验室搞研究,直到2008年,竟是因为这次偶然,团队才成功突破技术难关。

战胜国际巨头知识产权诉讼“狙击”

尽管团队们的电子纸技术终于有了眉目,但陈宇依然不敢松一口气。从小规模的实验室产品到量产,从科学家转身企业家,又是一道坎。

“到了市场,实验室阶段的每一个问题都要放大很多倍。”陈宇说,生产、设备、工艺等条件都需要反复测试,还要兼顾生产成本。

在实验室阶段,陈宇就已经花光了当年带回国的几百万元积蓄,幸好借助中山大学实验室的“孵化”,团队得以坚持下来。接下来的市场化道路,谁可以“依靠”呢?

陈宇回忆道,曾经苏州工业园一家国有企业对这项技术感兴趣,陈宇满怀期待地在苏州驻扎了几个月,磨破了嘴皮子,终于把各项内容都谈妥,在苏州的公司也都注册好了,然而就在签字的前一刻,这家企业的负责人反悔了。“前后找了十多家风投,他们对石墨烯技术就是下不了决心,怕看不到前景。”

“当时很绝望,怎么这么难啊。”陈宇感到心灰意冷。后来,无意中一位朋友向他推荐了风投机构软银赛富。与软银赛富负责人的对话让陈宇至今印象深刻。对方问:“你的成功率有多大?”陈宇回答说:“其实我也不知道,但如果成功了我们可以改变历史。”

也许是陈宇的真诚打动了他,2008年获得软银赛富投资,陈宇在南沙创办了奥翼电子公司注册资本为6300万人民币,总投资约3亿人民币。此后,奥翼电子开始获得资本的青睐,富士康、融捷集团、成都工投集团等也先后成为公司的战略投资者。如今,奥翼电子的估值已翻了10倍。

2011年底,奥翼电子成功实现“电子纸”的量产。记者了解到,公司目前生产出的电子纸产品可应用于电子阅读器、智能卡、电子价格标签、穿戴式电子设备、智能手机、工业仪表设备等产品上,年销售额达到6000万元。

2012年,奥翼电子打入欧洲市场。当时,电子纸正被国际巨头公司垄断。奥翼电子的悄然崛起,引起了全球市场唯一的竞争对手——美国巨头公司E-Ink的关注。

同年11月2日,E-Ink公司向德国曼海姆地区法院提出诉讼,指控由奥翼提供电子纸材料的德国Trekstor公司生产的“Pyrus”系列电子书阅读器,侵犯其拥有的两项德国专利权。

奥翼电子工作人员告诉记者,尽管美国E-Ink公司起诉的只是德国客户,但为了维护市场并给客户信心,奥翼主动代替客户进行应诉。奥翼委托欧洲律师事务所Bird&Bird向德国联邦专利法院对两项涉案专利提出无效宣告。经过2年多的较量,2014年12月和2015年2月,德国联邦专利法院分别作出判决,判决美国公司涉案的两项专利无效,奥翼在这次国际知识产权纠纷中取得了决定性胜利。

在积极应对国际竞争对手的知识产权挑战的同时,奥翼电子近年来一直在夯实着企业的知识产权竞争优势:截至目前,公司先后申请了国内外专利152项,累计获得国内外授权专利88项。

据透露,奥翼电子预计1年内能够实现对石墨烯电子纸的量产。陈宇打开手机向记者介绍,他的手机是俄罗斯优特(Yota Devices)公司推出的双屏手机,手机背后轻薄如纸的“屏幕”正是奥翼电子提供的电子纸。

但这还不够,他目标是可以实现手机双屏合二为一。也就是说,把手机压缩成一块柔性显示屏,这或将颠覆当前的手机硬件:既不用担心摔坏屏幕,也可以像Kindle等阅读器一次充电持续使用数天。石墨烯电子纸量产的话,这样的手机或将在一年半时间内推出成品。

目前,公司正集中力量改变现有电子纸的黑白颜色,通过三基色混色“调”出彩色屏幕并实现视频播放功能。

编辑 李啸啸

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