石墨烯會是下一個工業革命的核心
時間:2017年06月09日    來源: 深圳市千代電子材料有限公司


 石墨烯會是下一個工業革命的核心嗎?

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料天吉论坛。

石墨烯能成為下一代顛覆性技術,替代目前使用的一些材料、開創新市場嗎?它是否足夠多功能從而使我們生活的方方面面發生突破性變革嗎?從石墨烯的性質來看,它的確有這個潛力。石墨烯是科學家制備的第一種二維原子晶體。它的許多參數——如剛度天吉论坛、強度、彈性、電導率、熱導率等等都是無與倫比的。這些性質表明石墨烯能夠替代許多其他材料。然而,這么多優異的特性集中于這一種材料上意味著石墨烯將可能導致變革性的技術天吉论坛。石墨烯的透明性天吉论坛、導電性和彈性使其可應用于柔性電子器件天吉论坛,而透明性天吉论坛、抗滲性和導電性使其可應用于透明保護膜和隔膜;這種性質的組合應用正越來越多天吉论坛。然而天吉论坛,新技術的應用通常是一個時間長、代價高的過程,石墨烯的性質足夠特殊天吉论坛,足夠通用,能夠改變現狀從而轉向更為便捷的新技術嗎?
1.石墨烯動力電池行業
隨著新能源交通工具逐步替代內燃機交通工具的進程加快,鋰離子電池被認為是現代材料和新能源科學的經典能源。但是動力電池的充放電性能和儲能性能一直是制約新能源行業發展的主要障礙。
石墨烯優異的電子遷移率性質和極低的電阻率使得其作為鋰電池正負極材料或鋰電池正負極導電劑天吉论坛,將有效改善鋰電池電極循壞性能天吉论坛,提高充電速度和儲能性能。
2.石墨烯復合材料行業
石墨烯本身的特性通過與其他材料復合,可以改變原有材料的特性,可發揮原有材料更大的優勢。
◆橡塑塑料復合(石墨烯粉體)
將石墨烯粉體加入橡膠、塑料等基底中可以提高基底材料的導電天吉论坛、導熱性以及強韌度天吉论坛,對材料進行綜合改性,例如增強塑料天吉论坛、防靜電塑料、導熱塑料。
◆金屬、半導體材料天吉论坛、高分子材料復合(石墨烯油墨)
將石墨烯油墨與基地材料進行復合:金屬及其化合物,如金、銀天吉论坛、銅、鋁等;半導體材料,如硅天吉论坛、鍺等;導電高分子和小分子,如石墨等。

使得減低基地材料的電阻、增加導電性天吉论坛、光學透明性以及強度韌性。在各類導電線路以及傳感器天吉论坛、無線射頻識別系統、智能包裝、醫學監視器等電子產品中有廣泛應用。例如,國家電網電纜內部導電體多采用銅線,如果以鋁線作為導電體將會降低成本,將石墨烯油墨與鋁線復合將會增加鋁線的導電性和強度韌性天吉论坛,從而代替傳統銅線。

高分子遠紅外石墨烯電熱碳漿(石墨烯遠紅外電熱碳漿)

將石墨烯粉體與高分子合成樹脂材料混合制作的石墨烯遠紅外電熱碳漿通過印刷技術制作成遠紅外石墨烯電熱板或石墨烯電熱膜具有比傳統添加碳粉制作的油墨具有更高的熱轉化率、更快的升溫速度、更強的遠紅外輻射以及無電磁輻射的強大優勢天吉论坛,目前深圳市千代電子材料有限公司為該領域的領頭羊。

◆防腐涂料
防腐涂料中添加石墨烯后,石墨烯能夠形成穩定的導電網格,有效提高鋅粉的利用率天吉论坛。從實際效果來看,添加約5%的石墨烯粉,可減少50%鋅粉的使用量天吉论坛。
同時天吉论坛,石墨烯涂層能在金屬表面與活性介質之間形成物理阻隔層天吉论坛,對基底材料起到良好的防護作用。我國石墨烯復合防腐涂料技術已經非常成熟,該技術已應用于海上風電塔筒的防腐。
未來石墨烯在石油化工行業和電力行業的建筑、船舶、鐵道、橋梁碼頭、集裝箱等防腐涂料方面將具有更廣闊的市場空間。
3.石墨烯觸控屏應用
石墨烯觸控屏產品已出,將部分取代ITO 觸控屏天吉论坛。當前市場中的觸控產品以ITO(氧化銦錫)為主天吉论坛。但與之相比, 石墨烯觸控屏的性能更出色天吉论坛,且具有柔韌和寬溫度適應性兩大特點天吉论坛。
觸控屏市場規模巨大,石墨烯觸控需求有望快速增長。全球觸控屏市場規模巨大,目前,石墨烯觸控屏的技術已經相對成熟,2016年我國自研的首款石墨烯手機問世天吉论坛,其可以任意彎曲天吉论坛,不僅解決傳統手機ITO屏剛性易碎的問題,并且石墨烯透光性很強因此顯示效果也比傳統ITO屏更清晰,另外重量只有200克。
4.石墨烯超級電容器
超級電容器是一種能量存儲和功率補償的器件,在混合動力、移動通訊、應急電源、國防科技等領域有廣闊的應用前景天吉论坛天吉论坛。電極材料是其生產的關鍵部分,占整個電容器生產成本的40%左右天吉论坛,目前超級電容器電極材料應用最廣泛的是碳材料,包括活性炭和碳納米管等。
我國傳統超級電容器市場規模巨大,即使未來石墨烯電容器在其中僅占比10%天吉论坛,預計未來石墨烯粉體用于石墨烯超級電容器電極的市場規模也將超過10億元天吉论坛。
2014年,我國已經可以生產石墨烯超級電容器,該電容器單體儲電量達到3000法拉天吉论坛。2016年,我國推出了超級電容器公交車,每次充電僅需3分鐘,最多可行駛20公里。由于蓄電時間短和放電過快,導致超級電容器在動力電池方向的使用還不是一個穩定的產品,如果能解決超級電容器的能量密度問題天吉论坛,超級電容器將有可能出色的替代市面上所有的動力電池,石墨烯超級電容器將至少是個百億級別市場規模。
5. 其他未來應用
◆生物醫學
石墨稀量子點的生物相容性良好,并且具有良好的光學性質,其可以廣泛用于細胞成像、納米藥物運輸系統、生物檢測、生物成像天吉论坛、腫瘤治療、生物傳感器等生物醫學領域的研究。
◆可穿戴設備
目前可穿戴設備在適配人體結構上存在致命缺陷,不可任意彎曲天吉论坛、自由伸縮的柔性顯示屏和原材料并沒有應用到其中天吉论坛,這將限制智能穿戴設備的使用方式。
石墨烯具備透明天吉论坛、柔韌,導電性能高,可以任意變化,應用于穿戴設備才能更好適配人體,實現消費突破天吉论坛。當前,技術上石墨烯柔性屏幕已經獲得突破天吉论坛,如果突破柔性原材,石墨烯將在未來會更好地適配可穿戴設備天吉论坛。
從上述內容看來石墨烯的潛力是巨大的,必將引發新一輪的工業革命。

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