石墨烯-你应该要了解的新型材料!

此前,全球第一台使用石墨烯作为车身材料的汽车在曼彻斯特亮相!这辆汽车是由利物浦的Briggs汽车公司制造的。Briggs汽车公司在其品牌产品BAC MONO单座跑车的车身中用了石墨烯材料,这种材料强度是钢的200倍,被誉为未来最有潜力的技术之一。

近年来,石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,人们发现,石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍、百倍的强度和极好的透光性,它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。

石墨烯定义

石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈盖姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫,成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯既是最薄的材料,也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料,如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床,本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。

石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外,石墨烯几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

产业应用

作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破,石墨烯的产业化应用步伐正在加快,基于已有的研究成果,最先实现商业化应用的领域可能会是移动设备、航空航天、新能源电池领域。

移动通讯领域

消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目,成为未来移动设备显示屏的发展趋势。柔性显示未来市场广阔,作为基础材料的石墨烯前景也被看好。有数据显示2013年全球对手机触摸屏的需求量大概在9.65亿片。到2015年,平板电脑对大尺寸触摸屏的需求也将达到2.3亿片,为石墨烯的应用提供了广阔的市场。韩国三星公司的研究人员也已制造出由多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏,相信大规模商用指日可待。

中国电信在广州举办的2016天翼智能终端交易博览会上,罗马仕展出了一款石墨烯充电宝,10分钟可充满6000mAh,号称要“开辟能源存储新纪元”。

新能源电池领域

这也是石墨烯最早商用的一大重要领域。之前美国麻省理工学院已成功研制出表面附有石墨烯纳米图层的柔性光伏电池板,可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本,这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外,石墨烯超级电池的成功研发,也解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题,极大加速了新能源电池产业的发展。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。

航天军工领域

由于高导电性、高强度、超轻薄等特性,石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。前不久美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器,就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。

如果说应用领域前期主要集中于上述领域的话,全球第一台使用石墨烯作为车身材料的汽车在曼彻斯特亮相则拓展了其应用空间。这辆汽车是由利物浦的Briggs汽车公司制造的。Briggs汽车公司在其品牌产品BAC MONO单座跑车的车身中使用了石墨烯材料,这种材料强度是钢的200倍,被誉为未来最有潜力的技术之一。

由此可见,石墨烯应用领域将随着科技进步与发展而不断拓展其空间。

中国石墨烯产业发展展望

当前我国石墨烯产业正处于产业化初级阶段。国内石墨烯产业化从2010年底就开始了,经过3-4年的积累,已经有超过50家的制备及相关应用开发企业,初步构建起以石墨烯原材料、研发、制备、应用为主体的产业链。其中长三角地区石墨烯产业化尤为突出。石墨烯成本的下降为下游大批量应用打开了空间。

石墨烯作为一种新型纳米材料,是目前发现的唯一的二维自由态原子晶体,自发现以来,不仅在科学界受到了极大关注,并且由于其特殊的纳米结构和优异的物化性能获得了产业界的广泛关注。

石墨烯堪比材料领域的“互联网”,其与不同材料、技术结合起来,能够形成具备特殊性能、满足特定应用场景的新型“材料”,在新能源、新材料、电子信息等领域具备广阔的应用空间。

石墨烯产业发展现在正迎巨大机遇

当前我国石墨烯产业正处于产业化初级阶段。国内石墨烯产业化从2010年底就开始了,一些企业在那时成立或者参与到了石墨烯的产业化中,经过3-4年的积累,已经有超过50家的制备及相关应用开发企业,初步构建起以石墨烯原材料、研发、制备、应用为主体的产业链。东南沿海地区凭借其优越的地理位置、便利的交通条件以及雄厚的经济实力涌现出一批具有规模效应的石墨烯企业,其中长三角地区石墨烯产业化尤为突出。

获得政府扶持力度较大

●2014年9月,我国科技部863计划纳米材料专项提出将石墨烯研发作为一个重点支持的内容,石墨烯研发正式进入到国家支持层面;

● 2015年出台的《《中国制造2025》重点领域技术路线图》明确了未来十年我国石墨烯产业的发展路径,制定了2020年形成百亿产业规模,2025年整体产业规模突破千亿的政策目标。

● 同年发改委、工信部和科技部三部门联合发布《发关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》,明确提出将石墨烯打造为先导产业。

技术科研水平不断提高

从石墨烯刚刚成为科研界新星时起,中国各大科研机构就已经紧跟前沿科学的脚步,涉足石墨烯研究。目前,中国已成为全球范围内关于石墨烯出版物和专利的领先者,中国申请的石墨烯专利数量已超过2200项,占全世界的1/3,位居全球首位。

随着技术的不断成熟,目前石墨烯粉体及薄膜的价格已大幅下降,2016年上半年,石墨烯粉体价格已经降至10万元/吨甚至更低,不到5年前的1/10;石墨烯薄膜的价格也已经降至与主要竞争材料ITO膜相当的水平(100~200/平米)。石墨烯成本的下降使得应用门槛降低,为下游大批量应用打开了空间。

资本积极投入

石墨烯广阔的应用前景和政府的大力投入吸引了较多资本,一些上市公司以资金为优势介入石墨烯领域,它们一般通过引进石墨烯技术、与科研机构签订合作协议、设立产业技术投资基金或从战略角度构建产业链等方式参与石墨烯研发生产,如方大炭素、中国宝安、中超电缆、中泰化学、康得新、东旭光电等。资本涌入对石墨烯产品质量提升和下游市场开发方面有重要促进作用。

由此可见,石墨烯技术的应用和推广已经势不可挡了,作为潮流前线的你还在犹豫吗?WPG闪电充将是你接下来必不可少的科技神器。

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