正文
中国发表的石墨烯论文主要分布在材料科学、物理化学、纳米技术、应用物理学以及高分子物理学等领域;研究热点主要在纳米材料、材料应用研究等方向。
中国石墨烯主要研究机构
目前国内还没有能够实现石墨批量化生产的企业或研究机构,多数企业只能小量生产石墨烯,所使用的生产技术多为氧化还原法,生产出的石墨烯溶液也存在很多技术上需要突破的问题。
四. 中国石墨烯行业市场竞争
石墨烯行业竞争格局
目前国内的石墨烯企业多为处于创业成长期的中小企业,虽然企业数量初具规模,但龙头企业数量不多,规模也相对较小,较难带动整体产业链的发展和完善。
具体来看,我国从事石墨烯产业化方向的代表公司有辉锐科技、常州二维碳素、无锡格菲电子等,而石墨烯粉体由于下游应用较为广泛分散,多数公司从自己主业出发,研究石墨烯粉体,用作主业产品的添加剂和助剂。多家上市公司有涉及。
石墨烯行业区域分布
从石墨烯相关企业聚集区域分布看,国内直接从事石墨烯生产、销售和应用开发的企业主要集中在东部地区,其中江苏省是石墨烯企业聚集程度最高的省份。目前仅常州一个市便拥有石墨烯原料制备及应用领域规模以上工业企业33家,高新技术企业16家。
一. 石墨烯应用领域及发展路径
石墨烯现有应用分析
按照业内的划分,石墨烯的应用分三种。第一种属于初级应用,领域主要是消费电子类产品;第二种属于中高级应用,领域主要是超高频率发射器等器件产品;第三种属于高级应用,领域主要是芯片等。石墨烯领域的技术龙头三星公司在晶体管、柔性透明电极、触摸面板等领域均有核心技术。
目前已知的应用领域包括电子器件领域、能源领域、环保领域以及金属制品的电磁防护、防腐涂料、油墨等等。
石墨烯应用发展路径
◆首先,目前石墨烯粉体和薄膜产品己经具备了量产的可能性,相对应的如导电导热添加剂、防腐散热材料、复合材料及触摸屏应用领域也有望最早实现突破。
◆其次,石墨烯高导电性、高比容量和比表面积的特性己经被尝试用于改善超级电容的能量密度和充放电速度。
◆最后,石墨烯想象空间最大的领域是对硅的替代,成为下一代超高频率晶体管的基础材料,应用于高性能集成电路和新型纳米电子器件中。
二. 石墨烯在电子器件领域的应用
电子器件领域总体介绍
石墨烯在电子器件领域主要用作散热材料、柔性触控屏材料、传感器材料和芯片材料等。
目前广泛使用的散热材料是石墨、铝合金等,使用石墨烯与塑料结合的改性产品作为现有散热材料的替代,是相对简单的改进,石墨烯散热薄膜在我国也已初步实现了产业化。
柔性触控屏材料和传感器材料用在消费电子类产品上,市场需求和增长空间较大,是各个企业积极研发的重点领域。我国在柔性触控屏领域具备一定的产业化基础,墨西科技、二维碳素等企业已经建立了可以进行小规模量产的生产线。
我国在传感器方面具备一定科研实力,中科院物理所的研究人员在2015年4月发表了其设计出的石墨烯波纹结构应力传感器相关论文。芯片材料属于石墨烯材料的高级领域应用,目前作为国际顶尖技术企业的IBM在石墨烯晶体管领域持续引领前沿科技。
应用于散热材料
1、石墨烯应用于散热材料的基础:石墨烯是已知的导热系数最高的物质
石墨烯理论导热率达到5300W/m〃K,是常见导热材料铜(401W/m〃K)的13 倍多,并且远高于石墨。石墨烯所具有的快速导热特性与快速散热特性使得石墨烯成为极佳的散热材料,用于智能手机、平板手持电脑、大功率节能LED照明、超薄LCD 电视等的散热。
2、石墨烯应用于散热材料的现状介绍
石墨散热技术由于石墨的高导热性能以及相对廉价易生产得到了广泛的应用,包括iPhone、LG、小米、中兴等许多品牌都手机上都应用了石墨散热这一技术。以石墨烯制成的散热膜散热性能会大大优于石墨片。
应用于柔性触控屏
1、石墨烯应用于柔性触控屏的基础
石墨烯几乎完全透明,导电性能卓越,而且碳原子的连接十分柔韧,可以用于制作透明导电膜,柔性材料,应用于柔性电容触摸屏、OLED 面板、柔性LCD 面板等。
2、石墨烯触摸屏触控原理
石墨烯触摸屏由上下两层粘在PET薄膜上的石墨烯构成,没有接触的情况下,两层石墨烯被下层上放臵的绝缘点阵阻隔而互不接触。当外界压力存在的时候,PET薄膜和石墨烯在压力下发生形变,这样上下两层石墨烯就发生接触,电路连通。接触的位臵不同,器件边缘电极收集到的电信号也不一样,通过对电信号的分析,就可以确定是触摸屏上的哪个位臵发生了接触。
应用于传感器
1、石墨烯应用于传感器的基础:石墨烯传感器具有稳定性强和体积小的特点
石墨烯不但具有纳米尺寸,而且具备准连续的特点。这种准连续的纳米石墨烯薄膜可转移到柔性衬底上,制作柔性、透明的高灵敏度应力传感器,进而应用于人造电子皮肤等领域。
石墨烯的柔性应力传感器具有良好的稳定性,在经过大于万次的压力测试后,其初始电阻没有明显变化。此外,这种石墨烯电子皮肤由于厚度小,可被黏在手指上检测关节活动。
2、石墨烯应用于传感器的现状介绍
诺基亚专注于传感器技术并已经获得一项石墨烯传感器专利授权,该专利产品主要应用于手机摄像头设备。此外,中科院物理设计所科研人员近日也宣布在石墨烯电子皮肤研究中取得进展,针对石墨烯机械强度高导致应力测量范围不大和测量精度不高的问题,设计出石墨烯波纹结构应力传感器,使应力测量范围超过30%,灵敏因子提高到500以上。
三. 石墨烯在能源领域的应用
能源领域总体介绍
石墨烯在锂电池、燃料电池等二次电池中主要有以下方向的应用研究。在锂电池方面有两个研究方向,一是基于石墨烯优良的电学和化学特性对锂电池材料进行改进,通过使用石墨烯或石墨烯复合材料提升电池的能量密度、功率密度或缩短充电时间。二是利用石墨烯的力学性能制作柔性基体使得锂电池具备弯折、拉伸、甚至扭曲、折叠等功能。在燃料电池方面,部分研究证实掺氮石墨烯具备催化燃料电池反应的潜力,如果能够替代铂,就可以有效降低电池成本。
应用于锂电池
1、石墨烯负极材料能够提高锂电池理论比容量和倍率性能
2、石墨烯电池材料能够提高电子传导性和循环稳定性
3、石墨烯柔性基体能够进一步提升能量密度,并提高电池弯曲、拉伸等力学特性。