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“材料之王”石墨烯——未来未至 着眼当下

近年来,石墨烯这一主题在学术界和产业界均十分热门:2010年诺贝尔物理学奖颁发给了石墨烯的发明者;众多科研机构和企业涉足石墨烯的研发、生产制备以及应用开发。同时,石墨烯概念股在股票二级市场中大幅走高,但石墨烯却一直没能实现产业化,始终停留在研发阶段。当前我国政府需加大石墨烯科研力度,实现与下游产业良性互动,同时做好成本控制,从而推动石墨烯产业发展...[详细]

定义

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。它是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料,几乎完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-8 Ω·m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至2004年,英国两位科学家发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片后,石墨烯方被证实可单独存在。

方法缺陷

目前石墨烯材料已有多种制备方法,较为成熟的有机械剥离法、化学氧气法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和纳米管剥离法……这些制备方法各有优缺点,而其中的缺点恰是石墨烯无法大规模投产的原因,如机械剥离法虽可产出高质量石墨烯,但产率低成本高;化学气相沉积法成本高且工艺复杂。CMIC认为,在研究石墨烯制备新方法的同时,立足于现有方法进行改良并巧妙结合,最终导向一种成本低效率高质量好的最佳方式...[详细]

 
技术缺陷

从微观层面来看,制备技术不火,尚处研发阶段,导致石墨烯当前尚不具备量产的条件。国内外很多企业和研究机构均在探索石墨烯的生产制备技术甚至大规模投产的可能性。但是,截至目前为止,一部分企业能够进行石墨烯生产技术中试或是小规模生产,加之当前业内比较普遍采用的四种生产制备方法均有各自的优势和缺陷,产业技术路径仍在探讨之中,因此尚未有企业或研究机构能够真正实现石墨烯批量化生产,多数企业只能小量生产...[详细]

生物医学

近年来,石墨烯衍生物在生物医学,包括生物原件、微生物检测、疾病诊断和药物输运系统等生物应用前景,使其成为纳米生物医学领域研究的热点。具体而言,石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面的应用广阔,现阶段主要研究课题有基于氧化石墨烯的纳米载药体系、以石墨烯为基底的生物装置或生物传感器用于细菌分析及DNA检测、利用纳米石墨烯片在体内的作用激发其对肿瘤治疗的潜力等应用...[详细]

半导体材料

作为新材料王者,石墨烯对硅构成了强烈威胁,研究表明,石墨烯可替代硅应用于芯片领域。而根据现有技术,石墨烯亦可与硅共同合成石墨烯-硅光电混合芯片,在光互连和低功率光子集成电路领域具有广泛的应用前景。目前,让石墨烯成为半导体硅材料的接班人,已经成为美国、日本、欧洲甚至是中国等地政府大力支持的优先研究项目。此外,大量企业已经展开石墨烯半导体器件的研发,如知名企业三星、IBM也在积极开发半导体石墨烯新工艺...[详细]

储能和新型显示

石墨烯具有几、极好的电导性和透光性,作为透明导电电极材料,在触摸屏、液晶显示、储能电池等方面有很好的应用。石墨烯被认为是触摸屏制造中最有潜力替代氧化铟锡的材料,三星、索尼、辉锐、3M、东丽、东芝等龙头企业均在此领域作了重点研发布局。借助石墨烯,未来或可制造出轻薄如纸可折叠入袋的手机,这种手机在屏幕显示与电池储能方面表现不俗。美国某大学研究人员利用KOH对石墨烯进行化学修饰重构形成多孔结构,得到超级电容的储能...[详细]

传感器

石墨烯因其独特的二维结构在传感器中有广泛的应用,具有体积小、表面积大、灵敏度高、响应时间快、电子传递快、易于固定蛋白质并保持其活性等特点,能提升传感器的各项性能。主要用于气体、生物小分子、酶和DNA 电化学传感器的制作。新加坡南洋理工大学开发出了敏感度是普通传感器1000 倍的石墨烯光传感器,而美国发明的极细石墨烯传感器,甚至可对人脑进行研究。在成本控制方面,美国伦斯勒理工学院研制出性能远超现有商用气体传感器...[详细]

概念股狂飙突进

首先,石墨烯概念股价格持续上升。中国石墨烯产业的企业竞争格局是以中国宝安、金路集团、中钢吉炭和方大炭素四大上市公司为主,至2014年8月,上述四只股票的价格比年初分别上涨36%、61%、17%和46%。带有石墨烯概念的数只股票价格均持续上升,表明资本市场对石墨烯具有极高的关注度;再次,石墨烯二级市场资金介入明显。2014年1-8月,上述四只股票的平均成交量相当于过去一年的2倍、2.5倍、1.1倍和9倍。股票市场上价格的上升辅以成交量的持续增加,表明二级市场炒出的“石墨烯热”...[详细]

产业界扶摇直下

目前科研机构和企业对石墨烯的投入主要集中于研发层面,在实验室中,石墨烯主要可应用于半导体、锂离子电池、超级电容器和新型显示器四大领域。但是,目前严格意义上的石墨烯仅能实现公斤级的量产。从宏观层面来看,产业化任重道远,尚未实现低成本规模化量产。在石墨烯尚不成熟的制备技术条件下,部分科研机构和企业研发出的石墨烯产品规格参差不齐,且其平均价格可达300元/克左右,石墨烯产业的发展现状距离标准化、规模化、低成本的产业化目标尚远。 因此,石墨烯在市场上的表现出了矛盾...[详细]

性能指标 市场需求 成本控制

从性能指标入手指引石墨烯技术发展方向。可行、成熟的石墨烯制备技术是石墨烯实现产业化发展的必要条件和首要条件,明确的性能需求是选择石墨烯最适制备技术的前提。因此,政府应指引科研机构...[详细]

 

从市场需求角度推动与下游产业良性互动。对石墨烯的性能需求来源于对市场的深度了解。目前市场上涉足石墨烯的科研机构和企业若能实现与下游产业的良性互动,才能挖掘真实的市场需求...[详细]

 

从成本控制角度最终实现“平民化”发展。未来石墨烯的应用范围将十分广泛,降低成本是推广石墨烯应用的前提条件。因此,只有最终实现石墨烯量产后的低成本推广,才能以最“接地气”的方式走上产业化之路...[详细]

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