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石墨烯(Graphene)是由碳原子构成的只要一层原子厚度的二维晶体。石墨烯现在最有潜力的使用是成为硅的代替品,制造超微型晶体管,用来出产未来的超级计算机。用石墨烯代替硅,计算机处理器的运转速度将会快数百倍。

作为现在发现的最薄、强度最大、导电导热功用最强的一种新式纳米资料,石墨烯具有结构安稳、导电性高、韧度和强度高级杰出的物理化学性质,被称为“黑金”,是“新资料之王”,现已使用在电子、储能、复合资料、航空航天等许多范畴。科学家乃至预言石墨烯将“彻底改动21世纪”。极有或许掀起一场席卷全球的颠覆性新技能新工业革新。

商场格式

依据《2017-2022年我国石墨烯商场深度调研与出资远景研究报告》显现,2012年至2013年,石墨烯技能的商业商场工业化缓慢,简直为零,鲜有代表产品呈现。 2013年以来,石墨烯商场迎来了快速开展期;2015年全球石墨烯商场规划为0.45亿美元,2018年全球石墨烯商场规划或许达1.95亿美元,之后将加速开展,于2023年超越13亿美元。

在我国制造业由大变强的进程中,开展石墨烯工业,对带动相关下流工业技能进步,进步立异才干,加速制造业转型晋级,抢占制造业新一轮竞赛制高点,激活潜在消费等,都有着重要意义。

全球石墨烯商场能够分为两大类:即氧化石墨烯(GO)、石墨烯纳米片(GNP)和其他。其他类型的石墨烯包含碳化硅石墨烯、复原氧化石墨烯(rGO)等,每一种类型都有不同的特色和用处。其间,氧化石墨烯在全球商场中比例最高,紧接着是石墨烯纳米片。

全体的石墨烯工业链分为上、中、下流。上游首要是制备石墨烯的质料工业,中游首要是各类石墨烯产品,下流首要包含新能源、大健康、电子信息、节能环保、生物医药、化工、航空航天等七大使用范畴。

使用范畴

1、新能源

碳资料是最早被商业化的锂离子电池负极资料,现在已得到广泛的使用,如石墨化碳资料、炭微球资料等。石墨烯作为碳资料的一员,以其特有的结构、较高的比外表积、特异的电子传导办法而遭到研究者的重视。将石墨烯使用于锂离子电池能够处理传统锂电池能量密度和功率密度难以兼得的问题,能够作为石墨烯复合正负极资料、锂电池正负极资料的导电添加剂,全方位进步锂离子电池的功用。一起,石墨烯二维高比外表积的特别结构以及其优异的电子传输才干,能有用改进正极资料的导电功用,进步锂离子的分散传输才干。

2、大健康

因为石墨烯具有质量轻、高导电性、高导热性、高强度等长处,在导热资料方面有巨大的开展空间。以石墨烯电加热不只加热速度快,电热辐射转化功率高,而且石墨烯加热膜是整个面加热,温度均匀分布。最重要的是,会发作远红外辐射,具有杰出的医疗、理疗效果。石墨烯在大健康范畴的使用首要会集在智能穿戴、智能家居及理疗护具等产品,石墨烯发热技能带来了健康环保、安全智能、无尘静音等优势。

从现在石墨烯的使用范畴来看,大健康范畴是石墨烯工业化最早的范畴之一,2017年石墨烯在大健康范畴的商场规划到达5亿元,一些企业现已推出了石墨烯护颈、护腰、发热服、眼罩等产品,并在商场上出售。2018年在平昌冬奥会上,72名演员身穿烯旺科技开发的石墨烯智能发热服饰精彩露脸。在确保服饰轻浮与舒适的条件下,该服饰能在-20℃的低温条件下加热到50℃,并继续4小时。

3、电子信息

跟着电子工业技能的不断开展,现代化的电子电器正在朝着体积小、能量密度高的方向开展,而且这种开展趋势越来越强烈。跟着电子产品的作业频率急剧添加,由电子设备发作的热量也会敏捷堆集和添加,假如不能及时地将热量传导出去,也会使电子元件的作业温度急剧升高。这不只影响设备的正常作业功率,而且也会使其使用寿命大大缩短,因而迫切需求开发高导热功用的界面导热资料。单层石墨烯的导热率可高达5300W/mK,当层数添加到2 - 4层,热导率下降到2800W/mK-1300 W/mK,但仍旧远高于铜(Cu)的热导率(398 W/mK),是导热功用最好的资料。因而,石墨烯可作为抱负的电子元器件导热资料。

一起,石墨烯天线将成为(继银浆天线之后的)印刷电子技能工艺在RFID(射频辨认技能)使用上的又一代表性著作,现阶段铝蚀刻天线制程包含了金属贴合、光阻印刷、金属蚀刻等制程,其流程冗杂、本钱偏高且不环保。在印刷天线油墨方面,依成分包含了银浆、铝浆、铜浆与碳浆,其间以金属浆料印刷所得天线效果最好。但是现在铝、铜金属浆需高温脱氧烧结才干展示导电性,使得天线底材浆受限制,而传统碳浆导电性未达天线使用的电阻要求。且银浆天线的制程繁琐、价格昂贵,其导电功用会因弯折而下降,使得现在在商场上使用印刷办法来制造RFID天线办法仍无法大规划出产并代替现在的铝蚀刻天线。而选用石墨烯导电浆料制造天线,其制程环保简略且无污染,价格便宜且质量轻,合适各种无线天线的印制,在商场上不管从功用仍是价格方面来说,都具有十足的竞赛力。

4、节能环保

石墨烯是最坚固的资料之一,且具有巨大的比外表积和极佳的导电性等许多优异功用,使其在环保范畴具有十分宽广的使用远景及巨大的潜在商场价值。石墨烯在节能环保范畴首要使用在海水淡化、污水处理、大气办理、电能代替、LED散热等方向。

在国家对煤改电方针的大力推广下,石墨烯电热膜工业也初具规划,常州二维碳素开发了一款石墨烯高温阻燃型电加热膜,能广泛使用于家用取暖、中医理疗、医疗加热、温度办理等范畴,该产品将耐高温功用进步到180℃,电热转化率99%以上,使用寿命进步至30000小时以上,一起具有发热均匀度高、10秒速热等特色,有用处理了现有电加热产品的转化率低、功用阑珊、部分高温等职业瓶颈问题。

5、生物医药

石墨烯原资料价格低廉、简略得到,制备办法简略,被认为是极具使用价值的新式资料。石墨烯与多糖等物质组成的复合资料,与细胞高度相容,可用作细胞成长支架;石墨烯衍生物外表含有许多的含氧基团,比外表积大,能促进干细胞的黏附、增殖和分解等,通过进一步结构化功用润饰,可用于骨安排工程范畴;依据石墨烯资料的生物传感器可用于测定血清样品中的葡萄糖含量、细菌剖析、DNA和蛋白质检测等;通过功用化的石墨烯还可作为载体,将药物运送至靶细胞,进步医治效果和功率;石墨烯较碳纳米管具有更大外表积、更小毒性、更低价格,而且其光热医治效果更优,石墨烯或将成为癌症光热医治的代替资料。

5、生物医药

石墨烯原资料价格低廉、简略得到,制备办法简略,被认为是极具使用价值的新式资料。石墨烯与多糖等物质组成的复合资料,与细胞高度相容,可用作细胞成长支架;石墨烯衍生物外表含有许多的含氧基团,比外表积大,能促进干细胞的黏附、增殖和分解等,通过进一步结构化功用润饰,可用于骨安排工程范畴;依据石墨烯资料的生物传感器可用于测定血清样品中的葡萄糖含量、细菌剖析、DNA和蛋白质检测等;通过功用化的石墨烯还可作为载体,将药物运送至靶细胞,进步医治效果和功率;石墨烯较碳纳米管具有更大外表积、更小毒性、更低价格,而且其光热医治效果更优,石墨烯或将成为癌症光热医治的代替资料。

6、航空航天

跟着航天航空工业的开展,对复合资料的功用提出了更高的要求,因而需求研制更高功用的新式复合资料,因为石墨烯具有高强度、高导热、抗电磁搅扰等功用,可用于航空航天资猜中,进步航天航空资料功用,有潜力改动我国航空航天资料首要依赖于进口的局势。现在石墨烯在航空航天范畴的使用首要包含大型微波暗室用吸波资料、飞行器与兵器渠道隐身、轻质复合资料、抗雷达搅扰线缆、航空航天热办理体系、飞机轮胎、雷达电磁屏蔽等范畴。

使用工业化留意问题

依据2017年我国石墨烯工业技能立异战略联盟发布的《2017全球石墨烯工业研究报告》显现:估计到2020年,石墨烯全球商场价值将到达1000亿元。而从全工业链商场规划及往年年复合增长率来看,未来石墨烯有望到达万亿元级产能规划,特别是未来5~10年,跟着石墨烯使用商场的不断拓宽,石墨烯原资料与下流使用产品将继续展示出巨大的商场远景,在许多范畴发作令人等待的经济价值。

伴跟着使用商场的巨大潜力,石墨烯新资料的使用工业化进程中,还有许多值得留意的问题。

首先是石墨烯使用的产品立异缺乏。现在我国石墨烯产品中呈现了许多拷贝现象,最杰出的表现是在石墨烯发热产品上,许多企业一哄而上推出许多相似的可穿戴式发热产品,其间乃至呈现一些“滥竽充数”的石墨烯产品。

这首要是因为产学研结合不严密,高校与企业、工业融合度不高,形成高校的科研成果无法转化,企业遭受的技能瓶颈难以处理。

本钱的炒作也是石墨烯工业化过程中需求警觉的一方面。漫山遍野石墨烯概念股横盘迸发,商场认知度尚浅。石墨烯企业在起步阶段尽量不要与只炒概念的上市公司发作相关,慎重挑选上市公司出资。另一个需求考虑的问题是,企业选址在什么地方。这其间有许多考究。高水平的立异才干、老练的工业链、杰出的方针、工业生态,对草创期的石墨烯企业开展十分重要。