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中国石墨烯应用及未来趋势展望

发布时间:2019-04-16 09:39:59

全球石墨烯产业仍处于中游专利布局阶段,下游产业链尚未形成,石墨烯需求以初级低端应用和概念炒作为主。这两点共同导致目前石墨烯在全球石墨矿产资源应用中仍属于非主流应用。石墨烯作为“替代材料”还有很长的道路要走。

石墨烯为何成为如今的新材料热点

石墨烯在光学、力学、电学方面均具有比其他材料更优异的性能,在各个领域都有非常好的前景且应用领域广泛,因此石墨烯在近两年成为新材料和新能源等高新领域关注的热点。

在政策方面,2016年国家公布的“十三五”规划第二十三章中,国家明确了石墨烯在战略新兴产业中重要性,石墨烯作为高端材料进入到“十三五”产品目录。另外,在工信部颁布《中国制造2025》中,国家确定了石墨烯材料技术发展路线规划。

近两年在国内先后建立了4个石墨烯产业创新基地,国家领导人也多次实地考察石墨烯产业化情况。这都说明了国家在石墨烯产业扶持上是不惜余力的。

政策引导和产业升级的双重驱使下,我国石墨烯已实现初级阶段的应用,石墨烯作为导电浆料和防腐涂料的下游应用已经初步形成规模化,而且具备一定的市场发展空间。经过对石墨烯相关企业调研后,我们发现石墨烯制备成本和石墨烯下游应用技术不足,制约了目前石墨烯向更深的阶段发展。

石墨烯为何是所谓的“新材料之王”

石墨烯主要是从鳞片状石墨中剥离出的具有单层碳原子结构的平面晶体材料,与其他石墨材料不同的是其碳原子是按照二维周期蜂窝状点阵排列。

按照碳原子层数分类可分为:单层石墨烯(单个碳原子层)、多层石墨烯(2-10个碳原子层)及石墨烯微片(10<碳原子层<100um)。

单层石墨烯是目前世界上已知最薄却最坚硬的纳米材料。石墨烯在光学、力学、电学方面均有比其他材料更优异的性能。

在力学方面,石墨烯是人类已知最强最高的物质,强度约为180GPa,是普通钢材的100倍。此外,石墨烯还具有良好的韧性,单位面积石墨烯片可承受4kg重量,可见其韧性相当于碳纤维的20倍;

在热学方面,石墨烯自身的导热系数达到5300W/m˙K,是室温下最好的导热材料,导热性能是碳纳米管的1.51倍,是铜的13倍;

在电学方面,石墨烯是室温下最好的导电材料,由于其特殊的能带结构使常温下电子运动干扰小,传输质量大幅提高。

中国石墨烯应用及未来趋势展望

石墨烯的电学性能突出表现在高载流子迁移率及高电流密度,其载流子迁移率达15000c㎡/V˙s,相当于商用硅片的10倍。电流密度耐性为2亿A/c㎡,相当于铜的100倍。

综合分析石墨烯的各类性能及特性,石墨烯作为替代材料在高新技术领域的应用具有一定优势,也是石墨烯被称为“新材料之王”的原因。