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石墨烯下游市场的突破

编辑: 发布时间:2019-10-10 11:15:21

石墨烯下游市场的突破
来源:东莞市捷诚石墨制品有限企业 发布时间:2018-12-08 点击次数:564


石墨烯是新材料领域中一颗耀眼的新星,由于其优异的机械、光学、电学和微量子性能,有望在电子、新能源、高端制造、医疗等领域得到广泛应用。离子市场有望达到万亿元水平。有望首次应用于太阳能透明电极、散热材料和触摸屏等领域。

石墨烯目前正处于工业化的关键阶段,在技术、工艺和产业链对接等方面需要大量的资源,工业化的关键和难点在于相关材料的制备、转移技术及上下游一体化。美国、英国、中国、日本和韩国的工业化发展处于前列。

石墨烯行业上市企业众多,但都处于研发实验或新参与阶段,尚未对业绩产生实质性影响。

石墨烯是由单层碳原子组成的六边形蜂窝格子的二维平面材料。石墨烯的发现颠覆了凝聚态物理中二维材料在有限温度下不能存在的概念。

石墨烯具有许多优异的机械、光学、电学和微观量子特性。它是目前最薄、最坚硬的纳米材料。同时,它具有普通材料所不具有的许多特性,如良好的透光率、高导热率、高电子迁移率、低电阻率和高机械强度。石墨烯有望在电极、电池等领域得到应用,其中晶体管、触摸屏、太阳能、传感器、超轻材料、医疗、海水淡化等应用是最有前途的先进材料之一。

石墨烯材料可分为两类:一类是由单层或多层石墨烯组成的薄膜,另一类是由多层石墨烯组成的微芯片。多晶薄膜有望在5-10年内实现工业化,取代ITO玻璃用于触摸屏(特别是柔性制造屏)和其他需要透明电的领域。除了纯石墨烯,还有许多石墨烯衍生物,它们将在未来得到广泛的应用。

一般来说,石墨烯的应用将主要集中在电子、新能源、生物医学、高精度制造、水处理等高科技领域。

在传感器方面,纳米传感器具有体积小、精度高等特点,与普通传感器相比,原子传感器具有许多独特的微特性,极大地拓宽了传感器的应用领域,可广泛应用于生物、化学、机械、航空、军事等领域。纳米传感器主要包括纳米磁传感器、纳米生物传感器和纳米光纤传感器。纳米传感器的尺寸主要取决于探针的尺寸。随着工业生产和环境监测的需要,纳米气体传感器的研究和开发已取得很大进展。S,预计将在未来的商业应用领先。

目前,采用分散催化剂在SiO 2Si衬底上化学气相沉积法制备了单壁碳纳米管,使该传感器在复杂的气体环境中具有选择性,其分辨力和灵敏度比传统的化学气相沉积方法有明显的提高。采用传统传感器。

单壁碳纳米管(SWCNTs)具有优异的电子、机械等性能,但其制备一直是一个难题,而结构和性能可控的单壁碳纳米管(SWCNTs)的制备是单壁碳纳米管制备的基础和关键。R的应用,也成为SWCNT研究和应用的瓶颈。

石墨烯具有良好的导电性和透光性,在透明导电电极中具有很好的应用前景,结果表明,石墨烯的比表面积高达2600平方米/g,导电性很高,储能效率很高。石墨烯是现有材料的近两倍,是理想的电极材料,在替代其他电极材料方面具有广阔的应用前景。甚至用于商业超级电容器的活性炭和其他材料的比表面积也不超过1000-1800平方米/克。石墨烯的综合电性能明显优于现有材料。

ITO(铟锡氧化物)广泛用于传统电极材料。铟昂贵而稀有。工业界正在寻找一种更便宜的ITO替代品。石墨烯由于其独特的导电和透明性能而成为一种替代材料。由石墨烯制成的透明电极不是。只有具有传统电极的导电性,而且还可以弯曲和折叠。透明导电电极不仅可以应用于太阳能领域,还可以用于触摸屏、液晶屏、发光二极管和超级电容器等领域。电子电极目前正被全球实验室用于各种产品,包括触摸屏和超级电容器。如果电子电极能够成功商业化,预计它将改变电子工业的制造模式。

石墨烯是目前已知的最薄、最强、导电性最好的材料,发现具有三维叠层多层异质结构的石墨烯可以用来制造高灵敏度、高效率的太阳能光伏器件。展望了石墨烯作为新一代太阳能电池的应用前景。

从目前的研究进展来看,石墨烯不仅可以用作太阳能电池的透明电极,还可以用作半导体层之间的中间电极。在太阳能电池中,石墨烯是透明的,与半导体层相容。

化学掺杂可以大大降低石墨烯的表面电阻,调节石墨烯的功函数,使透明导电膜更加柔韧。同时,这种薄膜具有中远红外和高透过率的特性,可以显著提高太阳能的转换效率。它是新一代太阳能电池的理想材料,目前多晶硅太阳能电池的转换效率为30%。理论上,石墨烯太阳能电池有望将转换效率提高到60%。在未来,太阳能电池有望实现小型化。预计石墨烯太阳能电池在未来将安装在建筑物的外墙,以便太阳能可用于日常照明和加热应用。

目前,富士电机是石墨烯光伏材料领域的领先制造商之一,企业正在积极开发石墨烯太阳能电池用透明导电薄膜。

超级电容器是基于高比表面积碳电极/电解质界面产生的电容或过渡金属氧化物/导电聚合物表面相和本体相的氧化还原反应来存储和转换能量的电子器件。与电池相当,包括正极和负极、电解质、隔膜和集电体。

超级电容器作为一种新型储能装置,具有体积小、输出功率大、充电时间短、使用寿命长、工作温度范围宽、安全无污染等优点。为了生产高性能的超级电容器,电极材料是超级电容器的关键,它决定着电容器的主要性能指标,如能量密度、功率密度和循环稳定性。目前,纳米结构活性炭、碳化物转化炭、碳纳米管、氧化钌、聚苯胺、聚吡咯等作为微超级电容器的电极材料已得到广泛应用,但其整体性能仍不能满足微能源的要求。同时,制造微型超级电容器的光刻工艺复杂,生产周期长,成本高,在一定程度上制约了超级电容器的商业化。

实验表明石墨烯有望成为一种新型、高效的超级电容器电极材料。目前,人们已经研制出一种新型的基于石墨烯的微型超级电容器。传统的固态电解质、石墨烯电介质可以显著提高电容器的电容和耐久性,与薄膜锂离子电池相当。无线传感器网络,生物体内各种电子设备的柔性显示器和能量存储设备。

结果表明,石墨烯超级电容器的充放电速度比传统电池快1000倍,如果能商业化,汽车或手机的充电时间将会大大缩短。超级电容器的难点在于提高介电材料的能量密度,同时降低成本。

触摸屏是石墨烯未来应用的另一个热点。近年来,随着智能手机和平板电脑的大规模普及,全球对触摸屏的需求也大幅增加。数据显示,2013年,电子设备用触摸屏的总面积有所增加。世界触屏面积增加了三倍,达到2550万平方米,预计到2015年触屏生产面积将达到3590万平方米。

与传统的ITO触摸屏相比,石墨烯触摸屏无毒、环保。其次,石墨烯的光学性能优于ITO,可以部分消除镜面反射,从而有效地解决了困扰ITO的光学镜面反射问题。长时间。在强光下,ITO屏幕变暗,而石墨烯触摸屏的镜面反射率也大大降低。石墨烯还可以折叠和弯曲,有望扩展到移动智能穿着设备领域。在未来,石墨烯具有电容性。触摸屏有望取代现有的ITO透明电极。

目前,韩国SAMSUNG、日本SONY、二维碳、美英安必丽、3M等企业已开始工业化,丰田、东芝、SONY、中化、S.阿姆孙在石墨烯研究方面取得了很大进展。

最近,有报道说IBM企业开发了第一种石墨烯晶片集成电路。科学家们预测,这一突破预示着石墨烯晶片在未来取代硅晶片的前景。石墨烯场效应晶体管。最新的石墨烯集成电路可以混合高达10GHz,经受125摄氏度的高温。

在未来,石墨烯集成电路有望使诸如智能手机、平板电脑和可穿戴电子设备等电子终端运行得更快,具有更低的能量效率和成本。

生物传感器是生命分析化学和生物医学领域的一个重要研究方向,广泛应用于临床疾病的诊断和治疗。基因组测序技术中,最近发展起来的一种DNA传感器是基于石墨烯的场效应晶体管器件,它能够检测DNA链的旋转和位置结构,利用石墨烯的电学性质,成功地实现了检测DN的微功能。一个序列

苏州纳米技术研究所对PEG荧光标记纳米石墨烯(NGS)的体内作用进行了研究。在异种皮肤肿瘤体内移植的荧光成像中,NGS显示出较高的肿瘤细胞摄取率。尽管新的碳纳米材料的体内性能需要更多的认知和长期的毒性研究,但这种方法为石墨烯在b中的应用提供了方向。癌症治疗等医学领域。

此外,石墨烯由于其超高的载流子迁移率和热导率,有望成为LED热传导领域的新型应用材料。

技术问题是制约石墨烯工业化应用的主要因素,如何低成本、高效率地制备大规模、高质量的石墨烯,并将其快速有效地转移到下游需求区是大规模工业化应用的主要方向。石墨烯。

目前,制备石墨烯的方法很多,包括物理和化学方法,物理方法主要是机械剥离法,化学方法主要是化学沉积法和化学合成法。石墨烯是制备的石墨烯厚度不同、操作性差、不能生长大尺寸的石墨烯。

化学气相沉积(CVD)提供了一种可控的石墨烯制备方法。首先,将平面衬底(如金属薄膜和单晶)置于高温可分解的前驱体(通常是碳氢化合物,如甲烷和乙烯)中。通过高温退火在衬底表面沉积碳原子,形成石墨烯。最后,通过化学方法除去金属基体得到石墨烯,这种方法可以形成大面积的石墨烯片,但合成过程必须在高温下进行,通常不能保证石墨烯的产率。撕裂法、高温石墨膨胀法等。

用石墨烯化学制备方法制备的石墨烯也是不稳定的,并且石墨烯的片状面积有限,石墨烯的商品化还需要时间。

总之,化学气相沉积(CVD)技术在石墨烯的大规模制备方面取得了新的突破,也是目前石墨烯制备的主流技术之一。然而,大规模的商业化仍然需要进一步改善工艺空间。

近两年来,石墨烯产业化方向逐渐明确,各国对石墨烯产业的扶持政策进一步加强。

2013年1月,欧盟委员会将石墨烯列为未来新兴技术的旗舰项目之一。该项目的研究范围非常广泛,其中石墨烯的制备是核心。AISE石墨烯的研究处于战略层面。

英国投资5,000万英镑支撑石墨烯的商业化后,投资2,150万英镑支撑石墨烯的研究项目,促进石墨烯的商业化,并建立了国家石墨烯研究所,有望成为世界领先的石墨烯研究所。石墨烯研究开发中心。

2002—2013年间,美国国家自然科学基金资助了500个石墨烯项目,主要方向包括复合材料、石墨烯电子器件、CMOS晶体管、存储器件研制、生物传感器和石墨烯制备。美国国防部及其附属机构美国国防高级研究计划署(.seAdvancedResearchProjectsAgency)已经启动了一些石墨烯研究项目,重点开发更轻、更小、更快和更高频率的电子设备。阿迪奥频率应用项目,投资2200万美金。IBM开发石墨烯晶体管高达155GHz是发展碳电子射频应用的一个里程碑。

2013年,密歇根理工大学成功研制出三维石墨烯电极,有望替代铂电极用于太阳能应用,马拉大学研制的新型石墨烯纳米复合材料有望用作新型吸附剂。

同年,SONY企业采用改进的化学气相沉积(CVD)方法制备了约120mm 230 mm的石墨烯薄膜,目标是透明导电。

中国也在加大对石墨烯产业发展的支撑力度。新材料的第十二个五年计划确定了石墨烯工业的发展方向。

目前,我国石墨烯的基础研究比较突出,2007~2013年间,中国国家自然科学基金资助的石墨烯项目达到1096个。特别是2012-2013年,石墨烯项目数量急剧增加,重点项目包括:新型石墨烯的可见光响应、纳米复合材料光催化处理有机污染物、新型碳基复合材料、可控制钛酸锂-石墨烯阳极材料以及电化学性能、高效率石墨烯/半导体纳米结构异质结研究等。

2013年7月,在中国产学研合作促进会的支撑下,多家机构组建了中国石墨烯产业技术创新战略联盟。目前,中国石墨烯产业联盟在无锡、青岛、深圳、宁波等地建立了四个产业创新基地,在联盟发起者中,除了一些大学研究机构外,还有许多上市企业。

从我国近两年的专利申请情况来看,石墨烯的制备以及作为透明导电电极、晶体管半导体器件、传感器和复合材料的研究成为热点。这些也是石墨烯有望第一个工业化的领域,表明我国石墨烯工业处于第二阶段,在生长阶段,我国石墨烯的研究正在从实验室向工业化过渡。

根据中国常识产权网的数据,截至2014年7月,中国石墨烯专利申请数量位居世界第一。然而,根据专利保护区的分布,美国、日本、韩国等世界主要国家d申请了石墨烯专利保护。虽然中国机构在专利申请数量上有优势,但它们主要申请国内专利申请,很少保护国外的石墨烯专利。

石墨烯作为一种有前途的高科技材料,有望在半导体、光伏、锂电池、航天、军工、LED、触摸屏等领域带来一场材料革命。一旦实现工业化,预计石墨烯的市场规模将达到万亿元以上。

然而,从实际情况看,石墨烯产业化还有很长的路要走。石墨烯的生产工艺不稳定、生产成本高仍然是制约石墨烯产业化的主要因素,从制造技术的角度来看,目前工业上采用的方法各有优缺点,工业技术路线仍旧是走在石墨烯产业化道路上的。讨论。

目前,国内外对石墨烯的研究主要由科研院所和高校的少数企业进行。研究力量相对分散。为了尽快实现石墨烯的产业化,必须通过工业、大学、科研之间的技术创新与合作,建立完整的石墨烯研究、生产和应用产业链,从而创造出一个公共科学水平。技术服务。平台和测试平台,优化研究和工业生产环境。

2013年初,中国科学院重庆研究所研制出国内首台15英寸单层石墨烯和7英寸石墨烯触摸屏,可应用于手机、电脑等电子产品。制备了r箔基片并成功地转移到柔性PET基片和其他基片上。

上海南江集团和中国科学院重庆研究所共同推动了大型单层石墨烯产业化项目,初步投资2.67亿元。尽快建成第一条生产线并投入生产,形成1000万石墨烯生产能力。

2013年5月,常州二维碳技术、无锡格飞电子薄膜技术、深圳力和光电传感器及江南石墨烯研究所宣布,国内首条年产30000平方米的石墨烯薄膜生产线投入运行。常州二维碳素科技率先将石墨烯薄膜应用于手机电容式触摸屏,实现了4英寸石墨烯触摸屏手机的小批量生产。ile手机触摸屏,并计划再筹集1亿元人民币,以扩大石墨烯手机触摸屏的生产规模。

二维碳的核心技术是用CVD方法在铜衬底上生长石墨烯薄膜,将甲烷(和辅助气体)送入反应器,在1000℃以上的高温下加热。甲烷的烃类键断裂。碳原子在金属催化剂上形成晶核,从而形成多晶膜。

关于上市企业,中国宝安(000009)贝塔利企业于2011年11月完成了石墨烯中试线的建设并投入生产。目前,企业对石墨烯的研究方向主要集中在负极材料领域。

新型烯烃-碳材料(000511)于2013年完成从房地产业向石墨烯等新材料产业的战略转型,实现了新型烯烃-碳材料的产业链整体布局。y群,企业的产品包括资源、应用和技术前沿产品。2013年,企业完成了战略布局:海城三岩矿业有限企业40%的股权,奥宇集团有限企业51%的股权,黑龙江牡丹江农业垦区51%的股权。鳌宇石墨深加工有限企业;投资连云港(601008)利港稀土工业有限企业,基本完成石墨碳、耐火碳和活性碳的生产。基本产品布局为性碳。

早在2011年6月,金鹿集团(000510)就与中国科学院金属研究所签订了技术开发合同。双方将合作研究开发石墨烯材料及其应用技术和产业化技术。金属研究所负责具体的研究和开发工作,并提供工业化可行性报告。企业负责提供研发资金和组织。相关团队致力于产业化和市场开发。企业正在开发石墨烯透明导电薄膜、石墨烯基三维网络散热材料、石墨烯基。在石墨烯透明导电膜方面,金属研究所可以制备4英寸的石墨烯透明导电膜。

2014年3月,金鹿集团发布公告称,企业与金属研究所的合作主要包括石墨烯散热材料的研发、石墨烯功能涂层、石墨烯复合材料的制备和应用技术。ials,石墨烯材料在电池中的应用技术研究与开发,以及石墨烯三维网络材料的应用技术研究与开发。2014年度研发计划包括石墨烯在锂离子电池、锂离子电池中的应用。ULFRE电池、导电油墨和防腐涂料。

中泰化工(002092)持有厦门凯纳石墨烯技术有限企业35%的股份。厦门凯纳于2006年开始石墨烯技术的研究开发,并于2010年5月正式注册。成为国内首家专业从事石墨烯研发的企业,率先在国内外提供高品质的石墨烯相关产品。

7月15日,中泰化学企业公布了厦门凯纳石墨烯技术有限企业最新研发进展。根据厦门凯纳化工项目组和中泰化工项目组的研发工作计划,项目组的技术研发人员最近已进入研发阶段。企业实验基地开展了石墨烯和PVC聚合相关实验,实验工作按计划进行。厦门凯娜已向国家常识产权局申请17项发明专利,其中4项获得发明专利,1项实用新型。DEL专利。

近日,康德信(002450)宣布,企业拟在张家港设立康德信石墨烯应用技术,注册资金1亿元,为康德信的全资子企业。新材料技术、石墨烯相关产品的研发、生产和销售等。然而,企业表示,石墨烯相关业务仍处于引进和投资阶段,尚未对企业的经营产生实质性影响。性能。

来自美国、英国、法国、德国、西班牙、意大利、日本和韩国的世界领先的石墨烯科学家和企业家专家,包括欧洲旗舰项目协调员和旗舰项目工业化项目负责人石墨烯的N有望复苏。

随着66个新伙伴的加入,欧洲最大的研发项目之一——旗舰石墨烯项目规模将翻番,这将进一步增强该项目的科技实力。

解决石墨资源配置问题,而不是一刀切地限制矿石资源配置,首先要控制开采过程,整合开采权。其次,要合理配置矿产资源,使深加工企业能够利用矿产资源,合理限制产能过剩的初级产品的生产和出口。



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