专利US12679734：三维石墨烯泡沫跨越四大行业

💡 苏格兰企业Integrated Graphene刚刚获得美国专利12,679,734号，该专利保护一种在大气压下利用激光将普通塑料薄膜直接转化为纯净三维石墨烯泡沫的方法，无需真空腔体、无有毒化学品、无薄膜转移步骤。专利于2026年7月14日正式授权，保护该公司Gii®平台的核心制造方法，该平台已向市场供应性能超越金电极的生物传感器电极。这一单一工艺现在将电池、即时诊断、绿色氢能电解和物联网传感器连接在同一条可扩展的制造路线上。

专利的核心主张：激光在空气中书写石墨烯

大多数人对石墨烯的印象是单原子厚度的平面碳层，这种材料赢得了2010年诺贝尔物理学奖。将这种非凡材料集成到实际设备中而不损坏结构、不使成本高不可攀，一直是该领域超过十年未解决的商业难题。专利US 12,679,734于2026年7月14日授权给Integrated Graphene Holding Limited，正面回应了这一难题。

该专利的核心权利要求描述了一种方法：将一层含碳薄膜，通常是聚酰亚胺薄膜（与Kapton®胶带材质相同），厚度5至120微米，置于目标基底表面。激光束扫过薄膜，在接触点将其局部加热至800°C至1,030°C，历时纳秒级。在这一瞬间，碳重新组织成三维石墨烯泡沫：多孔、高导电，并与基底表面永久结合。整个过程在普通大气压下进行。所得材料碳含量至少96%，氧含量低于1.2%，电导率在10至100西门子每厘米之间，平均孔径4至10纳米。这些数字不是营销宣传，而是嵌入专利权利要求的技术规格，可通过欧洲对应专利EP3447026A1加以核实。

无需真空腔体，无需化学气相沉积反应器，无需有毒前体气体，最关键的是，无需独立的薄膜转移步骤。传统CVD石墨烯在铜箔上生长后必须化学转移到目标器件，这一步骤通常引入裂纹、褶皱和污染，损害器件性能。US 12,679,734通过将基底本身作为直接生长表面从根本上消除了这一问题。这一结构性洞察正是九年专利审查所守护的核心 - 也是此次授权具有重要意义的原因。

它解决的问题：为何平面石墨烯始终无法实现规模化

自2004年第一篇石墨烯论文发表以来，这种材料的理论潜力一直令人瞩目：迄今测量到的最强材料，非凡的电导率和热导率，几乎对所有气体不透。然而到2026年，商业石墨烯在很大程度上仍是小众产品。原因几乎总是制造成本和集成难度。

标准化学气相沉积在真空腔内的铜箔上约1,000°C高温生长高质量石墨烯，但随后的刻蚀转移过程引入缺陷，推高成本至大多数应用难以承受的水平。还原氧化石墨烯（rGO）通过氧化石墨后去除氧元素制备，成本较低但结构较差：电导率比纯石墨烯低几个数量级，力学性能明显下降。对于大多数高性能应用，rGO不够好；对于大多数对成本敏感的应用，CVD又太贵。

Integrated Graphene的激光方法绕过了这两条路线。聚酰亚胺薄膜是行业标准材料，价格低廉，可按卷供应，与卷对卷制造兼容。CO₂和近红外激光器是标准工业工具。该工艺在空气中对几乎任何固体基底均可操作：塑料、玻璃、金属、织物。该公司构建的工艺，同时比rGO更纯净、比CVD更易集成，且可融入现有制造线。这一差距正是专利US 12,679,734所主张填补的 - 也正因如此，该专利用了九年才完成授权：权利要求范围广泛，被广泛争议。

三维的力量：为何立体胜过平面

"3D"标签指向Gii®与传统石墨烯产品之间最重要的功能区别。平面石墨烯只有两个可用面：正面和背面。三维泡沫是由弯曲石墨烯壁相互连接形成的网络，围合成平均直径4至10纳米的孔隙，恰好落在同时适合离子传输和分子捕获的中孔范围。

这种多孔结构在相同占地面积内提供远超任何平面薄膜的活性表面积。在电池和超级电容器中，更大的活性表面意味着更高的容量和更快的充放电速率。在生物传感器中，更大的表面意味着更多的生物分子结合位点，直接转化为更低的检测限和更快的响应时间。在绿色制氢电解槽中，更大的表面意味着每克铂族金属的催化剂接触面积更多，在提升电流密度的同时减少贵金属用量。三维结构在激光过程中自然形成：随着聚酰亚胺薄膜被快速碳化，聚酰亚胺中含氧基团生成的挥发性副产物向外推出，形成泡沫结构。激光提供能量，化学写就结构 - 这种自组织特性正是该工艺兼具优雅与商业可行性的原因。

四个连接点：一项专利如何跨越多个领域

专利US 12,679,734的特殊之处在于，一项制造方法专利覆盖了至少四个不同技术市场的应用。这种广度正是其战略价值所在。

诊断与生物传感器。Gii-Sens是Integrated Graphene的首款商业产品：一种用于即时护理人体诊断的电极平台。它以更低成本、更高灵敏度的三维石墨烯电极，取代了昂贵、供应受限、表面化学修饰选项有限的金电极。2024年发表的学术研究证实，将Gii-Sens与简单的单步表面功能化相结合，能在葡萄糖检测到病原体分析等多种生物传感应用中提升性能。随着个性化医疗将诊断检测从中心实验室推向药店、家庭和可穿戴设备，对廉价高灵敏传感电极的需求将急剧增长。

储能。石墨烯强化电池负极充电更快、循环寿命更长。使用三维石墨烯电极的超级电容器弥合了功率-能量差距：为电动车再生制动和可再生能源电网缓冲提供化学电池单独无法高效满足的快速功率脉冲需求。Gii®的中孔孔径范围尤其适合锂离子嵌入动力学。

绿色氢能。在将水分解为氢和氧的质子交换膜（PEM）电解槽中，三维石墨烯可作为催化剂载体，提升每克昂贵铂族金属的活性表面积。专利本身的权利要求语言明确涵盖燃料电池和电解槽组件，形成在氢能经济中的直接知识产权布局。

物联网传感器。基于三维石墨烯基底的压力、气体、湿度和温度传感器，在需要超薄、柔性或共形形态时优于硅基MEMS。激光直写塑料基底开辟了硅基器件无法实现的制造路线。这四个市场相互强化：更好的电池需要更智能的管理电子器件，需要更好的传感器，需要更好的电极。专利US 12,679,734处于这一系统循环的核心位置，其商业意义远超任何单一产品线所揭示的。

专利信息	详情
专利号	US 12,679,734
标题	三维石墨烯（3D graphene）
权利人	Integrated Graphene Holding Limited（英国苏格兰爱丁堡）
发明人	Claus Marquordt，Marco Caffio
优先权日	2017年8月24日（英国）
美国授权日	2026年7月14日
管辖区	美国（USPTO）
原始权利人	RD Graphene Ltd（前身公司）
核心权利要求	激光在大气压下将聚酰亚胺薄膜转化为基底上的三维石墨烯
材料纯度	碳含量至少96%，氧含量至多1.2%
电导率	10至100 S/cm
孔径	4至10纳米（中孔范围）

公司背景：九年耐心构建

Integrated Graphene于2016年在苏格兰爱丁堡创立。创始团队由Claus Marquordt（首席执行官兼发明人）和Marco Caffio（联合创始人兼发明人）组成，两人均为碳纳米材料和表面科学领域的材料科学家。最初的专利优先权于2017年8月以公司前身名称RD Graphene Ltd提交。随着公司发展，更名为Integrated Graphene，反映出从单一研究产品向更广泛材料平台战略的转变。2023年，公司宣布计划投资800万英镑扩大高产量石墨烯制造工艺规模，以满足来自人体诊断和能源市场的增长需求。这是Gii®平台已从概念验证迈入商业规模化阶段的清晰信号。

2026年7月的美国专利授权填补了Integrated Graphene知识产权组合中最重要的地理空白。美国仍是全球诊断设备、物联网器件和先进材料投入的最大单一市场。在美国获得可执行的专利权利要求，经过九年审查，使该公司具备了授权其工艺、吸引电极和电池大型制造商的战略合作，或对侵权者采取法律行动的能力。配套的PCT申请表明欧洲和亚洲的知识产权正在并行推进 - 完整的知识产权壁垒正在逐步建立，一个司法管辖区接一个司法管辖区。

这对我们意味着什么？

专利US 12,679,734归根结底是一个关于制造洞察力的故事：用空气中的激光代替昂贵真空反应器，从而解锁整个材料平台。石墨烯的性质自2004年便已为人所知，障碍始终是商业规模的制造。Integrated Graphene的激光直写工艺以可扩展、大气压、基底无关的方式消除了这一障碍，美国专利现在赋予该公司在全球最有利可图单一市场中捍卫这一突破的法律地位。

对于更广泛的创新格局，有两件事值得关注。第一，可扩展制造方法的工艺专利在竞争中往往比材料专利更持久，因为它们控制的是生产路线，而非产品本身。任何试图在美国市场复制Integrated Graphene激光写入石墨烯工艺的公司，现在已进入受法律保护的领域。第二，Gii®平台的多市场架构意味着，随着四个可寻址市场中每一个的增长，这项专利的商业价值可能呈复利增长。一个谨慎的前瞻性判断：执行风险依然存在，将先进材料从数百公斤扩展到吨级同时保持质量，总是比看上去困难，现有电极供应商拥有根深蒂固的供应链。但知识产权基础现已稳固，首批商业部署真实可查，领域连接深入。请关注未来十八个月的合作伙伴公告。

常见问题

来源

• EP3447026A1 - 三维石墨烯（欧洲对应专利，含完整技术权利要求）- Google Patents（优先权日2017年）
• USPTO专利公报第28周，2026年 - 专利权人索引
• Integrated Graphene推出三维石墨烯泡沫 - Graphene-Info（2022年）
• Integrated Graphene投资800万英镑扩大规模 - The Manufacturer（2023年）
• Gii-Sens功能化用于生物催化器件 - ScienceDirect（2024年）

关于作者

Dao Huy（Lucas）是一位拥有7年以上经验的专业翻译，专注于技术翻译、专利翻译及知识产权文档，工作语言涵盖英语、中文和法语译入越南语。其工作领域包括先进材料专利、半导体文档及技术本地化等前沿方向。随着Gii®等材料平台在多个司法管辖区形成复杂的知识产权组合，对材料化学权利要求的精准翻译，从激光参数到孔隙结构规格，对于跨市场保护和执行权利至关重要。

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