第一篇：石墨范文

21世紀(jì)被稱為“炭世紀(jì)”，炭素材料素有“黑金子”的美稱。目前已經(jīng)形成規(guī)模應(yīng)用的炭素新材料主要有各種特種石墨、碳纖維、炭/炭復(fù)合材料等，而更高端的石墨烯和炭納米材料已經(jīng)處于突破階段。炭素新材料廣泛用于航空航天、核能、風(fēng)能、硬質(zhì)材料制造等行業(yè)。9月7日，工信部在哈爾濱第一屆國際新材料博覽會上解讀了即將公布的《新材料“十二五”規(guī)劃》，其中將實現(xiàn)碳纖維、先進(jìn)儲能材料(將帶動特種石墨核石墨負(fù)極材料)等的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；Ｖ袊摹昂诮鹱印本`放正當(dāng)時。特種石墨國產(chǎn)市場前景廣闊

特種石墨主要指高強(qiáng)度、高密度、高純度石墨制品，在電子、航天、軍工、核電、冶金等眾多領(lǐng)域都有十分重要的應(yīng)用。在光伏、模具加工和核電等下游行業(yè)快速發(fā)展的背景下，“十二五”期間我國特種石墨產(chǎn)量將大幅增長，復(fù)合增長率有望達(dá)到35%。預(yù)計2015年我國各類特種石墨自給率將從目前的20%左右提升至45%。“黑金子”之王—碳纖維

碳纖維被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造、風(fēng)力發(fā)電葉片、海洋鉆探、汽車構(gòu)件、體育器材、醫(yī)療器械、建筑補(bǔ)強(qiáng)材料等行業(yè)，被譽(yù)為21世紀(jì)的“新材料之王”。碳纖維作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的一種重要產(chǎn)品，正受到越來越多人的關(guān)注。2010年P(guān)AN基碳纖維的全球需求量約5萬噸，預(yù)計到2014年將超過7.5萬噸，到2018年需求量將達(dá)到11萬噸。目前國內(nèi)碳纖維總產(chǎn)能為4000噸/年，而實際產(chǎn)量不足2000噸，自給率不足20%，進(jìn)口替代市場空間巨大。重點上市公司

關(guān)注炭素行業(yè)龍頭企業(yè)，中鋼吉炭(000928)、博云新材(002297)等；其他相關(guān)上市公司黑貓股份(002068)、*ST東碳(600691)等。1.中國的“炭世紀(jì)”在臨近

9月7日，工信部在哈爾濱第一屆國際新材料博覽會上解讀了即將公布的《新材料“十二五”規(guī)劃》，中國將利用資源優(yōu)勢大力發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)，至2015年將形成2萬億產(chǎn)值的新材料產(chǎn)業(yè)體系，年均增長率超過25%，新材料產(chǎn)品綜合保障能力提高到70%，關(guān)鍵新材料保障能力達(dá)50%。“十二五”期間還將組織實施十大重點工程，實現(xiàn)碳纖維、先進(jìn)儲能材料(將帶動特種石墨、核石墨負(fù)極材料)、半導(dǎo)體材料等的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?。

按照有關(guān)規(guī)劃設(shè)想，“十二五”期間，我國將以碳碳復(fù)合材料為重點，積極開發(fā)新型超大規(guī)格、特殊結(jié)構(gòu)材料的一體化制備工藝，推進(jìn)高性能復(fù)合材料低成本化、高端品種產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用技術(shù)裝備自主化。此外，還將提升高性能增強(qiáng)纖維規(guī)?；苽渌?，積極開展高強(qiáng)、高模等系列碳纖維開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，加快推廣高性能復(fù)合材料在航空航天、風(fēng)電設(shè)備、汽車制造、軌道交通等領(lǐng)域的應(yīng)用。1.1 炭素材料用途廣泛

炭和石墨材料統(tǒng)稱為炭素材料，是以碳元素為主的非金屬固體材料。炭素材料的理化性能和機(jī)械性能在很多特殊條件下優(yōu)于金屬材料和高分子材料，具有良好的導(dǎo)電性能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性，較高的耐腐蝕性，高溫狀態(tài)下的高強(qiáng)度、自潤滑性等。炭素材料及制品廣泛應(yīng)用于冶金、航空航天、電子、能源、環(huán)保等領(lǐng)域。炭素材料的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

石墨制品：電爐煉鋼、剛玉冶煉和黃磷生產(chǎn)用石墨電極、石墨電炭材料等。按通載電流能力可分為普通功率、高功率、超高功率石墨電極。

炭制品：煉鐵高爐用炭磚、鋁電解槽用陰極炭磚、大型礦熱爐用內(nèi)襯材料、炭電極、炭糊類制品等。

特種炭素材料：航空航天、光伏、核能、電子、醫(yī)療、建筑、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域，以及作為特殊環(huán)境下的結(jié)構(gòu)材料、功能材料。包括特種石墨制品、炭纖維、炭/炭復(fù)合材料、炭納米材料等。炭素材料一般分為石墨制品類、炭制品類和特種炭素材料三大類，前兩者統(tǒng)稱為傳統(tǒng)炭素材料；后者稱為炭素新材料，是未來發(fā)展的趨勢，用途極為廣泛，有著廣闊的市場前景。

1.2 傳統(tǒng)炭素材料產(chǎn)品升級在加快

傳統(tǒng)炭素材料主要應(yīng)用在煉鋼和金屬冶煉行業(yè)中，80%的石墨電極作為電爐煉鋼導(dǎo)電材料；炭磚主要用作煉鐵高爐爐底、爐缸和冶金礦熱爐內(nèi)襯材料、電解鋁用陰極材料等。

我國炭素行業(yè)多年的高速發(fā)展已經(jīng)成為全球最大的石墨電極產(chǎn)銷國。炭素制品企業(yè)已超過400 家，但其中工序配套、可以批量規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)只有50 多家，較國外技術(shù)仍有一定差距，尤其是大規(guī)格石墨電極上仍差距很大，日本已經(jīng)達(dá)到1000mm以上，我國量產(chǎn)的不超過800mm。

傳統(tǒng)炭素材料的應(yīng)用分布：鋼鐵行業(yè)75%，鋁、硅、鐵合金等冶煉15%，其他10%。隨著我國冶金產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，被列入落后生產(chǎn)裝備的小電爐逐步退出，高功率和超高功率電爐迅速發(fā)展，普通功率中小規(guī)格石墨電極市場需求大大萎縮，產(chǎn)品嚴(yán)重過剩，高功率石墨電極供需基本平衡，超高功率大規(guī)格石墨電極需求量逐年遞增。

2010年石墨電極產(chǎn)量達(dá)61.13萬噸，而國內(nèi)消耗量42萬噸，出口19.1萬噸。2011年1-7月出口石墨電極達(dá)到15萬噸，占國內(nèi)石墨電極產(chǎn)量的38.96%。其中超高功率石墨電極產(chǎn)量為12.65萬噸，同比增加18.96%，占總產(chǎn)量的32.85%。高功率石墨電極產(chǎn)量為14.45萬噸，同比增加1.22%。普通功率石墨電極11.40萬噸，同比增加14.48%。產(chǎn)品升級在加快。1.3 炭素新材料前景廣闊

炭素新材料是指用于高技術(shù)領(lǐng)域的炭和石墨材料，主要用于航空、航天、核能、風(fēng)能、硬質(zhì)材料制造、電子、醫(yī)療、建筑、環(huán)保等行業(yè)。21世紀(jì)被稱為“炭世紀(jì)”，就是基于炭材料的優(yōu)質(zhì)性能，目前已經(jīng)形成規(guī)模應(yīng)用的炭素新材料主要有各種特種石墨、炭纖維、炭/炭復(fù)合材料等，而更高端的石墨烯和炭納米材料已經(jīng)處于突破階段。

特種石墨被廣泛用于光伏行業(yè)中的單晶硅/多晶硅爐的加熱系統(tǒng)、也作為電火花加工用電極材料、航空航天火箭噴嘴內(nèi)襯材料，以及高溫氣冷堆用核電堆芯結(jié)構(gòu)材料等。碳纖維是戰(zhàn)斗機(jī)、大型客機(jī)的重要復(fù)合材料、是風(fēng)能發(fā)電葉片的重要材料，也是民用體育休閑產(chǎn)品如網(wǎng)球拍、高爾夫球桿、釣魚竿等的材料。2.傳統(tǒng)炭素產(chǎn)業(yè)面臨挑戰(zhàn) 2.1 產(chǎn)能過剩與結(jié)構(gòu)不合理

石墨電極消耗主要隨電爐鋼、工業(yè)硅、磨料、黃磷等產(chǎn)量增加而增加。作為消耗品，石墨電極占特種鋼的成本3%-4%，隨著煉鋼技術(shù)的不斷進(jìn)步，噸鋼石墨電極的消耗量在逐漸下降，石墨電極的總需求面臨嚴(yán)峻考驗。而且，電爐煉鋼向大型化、超高功率、直流化方向發(fā)展，石墨電極的質(zhì)量也不斷提高。

目前美國UCAR、日本東海、昭和電工等石墨電極企業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品都為超高功率電極，其中80%左右為500mm以上大規(guī)格超高功率電極。而我國超高功率產(chǎn)品占比僅不足30%，與發(fā)達(dá)國家相比差距較大。使用超高功率和高功率電爐煉鋼，要比使用普通功率電爐煉鋼節(jié)電10%～50%，縮短冶煉時間30%左右，節(jié)約單位成本總計10%以上。不過由于我國電爐煉鋼的比例還比較低，僅16%左右，與國外發(fā)達(dá)國家50%以上的比值還有很大差距，提高電爐煉鋼的比重將對石墨電極的需求保持穩(wěn)定增長。2.2 原料受制于人

生產(chǎn)石墨電極的關(guān)鍵原料是針狀焦，采用針狀焦制成的超高功率電極煉鋼，能有效降低煉鋼成本。目前，針狀焦生產(chǎn)技術(shù)主要被美國、日本等少數(shù)國家壟斷，我國針狀焦產(chǎn)品長期以來依賴進(jìn)口。針狀焦受國外技術(shù)壟斷，使得其進(jìn)口價格維持高位。目前針狀石油焦等原材料的技術(shù)難題已取得了重大突破，但一些關(guān)鍵指標(biāo)與國外相比還有一定差距。每年進(jìn)口的針狀焦(包括油系和煤系)約10萬噸，占總需求量得近25%。2.3 鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來機(jī)遇

發(fā)達(dá)國家電爐鋼比例已超過50%，我國電爐煉鋼的比重只有16%。近年來，國內(nèi)外電爐煉鋼廠紛紛新建和改建大容量和大功率電爐，對直徑550～700mm 的大規(guī)格超高功率石墨電極的需求增加。國產(chǎn)大規(guī)格超高功率石墨電極不能滿足需求，多數(shù)廠家以使用進(jìn)口電極為主。根據(jù)《鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》和“控制總量、淘汰

落后”的要求，預(yù)計到2011 年，我國鋼鐵行業(yè)的電爐鋼比將提高至18%～20%之間，電爐鋼特別是大噸位電爐鋼生產(chǎn)急需大規(guī)格超高功率石墨電極。大規(guī)格石墨電極的需求將給長期致力于此類產(chǎn)品研制的企業(yè)帶來發(fā)展空間。3.特種石墨國產(chǎn)化突破在即 3.1 特種石墨的分類和應(yīng)用

特種石墨主要指高強(qiáng)度、高密度、高純度石墨制品(簡稱“三高”石墨)，廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體、太陽能光伏、核電高溫氣冷堆材料、模具、粉末冶金、真空熱處理等領(lǐng)域。表：特種石墨的分類及其性能

特種石墨品種

主要特性/典型用途

直拉單晶硅爐用高純石墨：純度高；結(jié)構(gòu)致密、機(jī)械強(qiáng)度高；導(dǎo)熱系數(shù)較高；線膨脹系數(shù)較低；耐高溫、抗氧化/直拉單晶爐的加熱系統(tǒng)

電火花加工用石墨：結(jié)構(gòu)致密、組織均勻；機(jī)械強(qiáng)度高；良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性；良好的電加工性/電火花加工用電極材料

人造金剛石用石墨：純度高；石墨化度較高；晶粒尺寸大且晶形完整；結(jié)構(gòu)致密，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度/合成人造金剛石的碳源

模具、連鑄石墨：適宜的電阻率；優(yōu)良的耐氧化性和耐高溫性；致密的組織結(jié)構(gòu)、較高的機(jī)械強(qiáng)度；導(dǎo)熱性高/超硬制品、燒結(jié)模具材料、銅、鋁、鐵及其合金等連鑄機(jī)用結(jié)晶器

光纖用石墨：純度高；結(jié)構(gòu)致密、機(jī)械強(qiáng)度高；導(dǎo)熱系數(shù)較高；線膨脹系數(shù)較低；耐高溫、抗氧化/光纖預(yù)制棒的制備設(shè)備材料、光纖拉絲裝置的加熱系統(tǒng)

其他特種石墨：核石墨：良好的核性能純度高；高溫機(jī)械強(qiáng)度高；熱穩(wěn)定性好?；鸺龂娮靸?nèi)襯材料：耐高溫高性好；抗熱震性好；高溫機(jī)械強(qiáng)度高/高溫氣冷堆用堆芯結(jié)構(gòu)材料、火箭噴嘴內(nèi)襯材料

按用途分類有電火花加工用特種石墨；鑄造模具用特種石墨；鋼鐵或銅、鋁連鑄用特種石墨；直拉單晶硅爐用或冶煉貴金屬、高純材料用高純石墨；合成人造金剛石用石墨；火箭、導(dǎo)彈技術(shù)用特種石墨；高溫氣冷堆用堆芯結(jié)構(gòu)用核石墨。

高純石墨(光伏)37.31%；機(jī)械行業(yè)用特種炭材料14.93%；電火花加工用特種石墨14.93%；各種精密石墨模具、連鑄石墨26.12%；人造金剛石等特種石墨6.72%。3.2 國產(chǎn)化進(jìn)程為特種石墨提供廣闊空間

當(dāng)前我國特種石墨市場處于嚴(yán)重的供給不足狀態(tài)，國內(nèi)2010年總產(chǎn)能不足2萬噸，實際產(chǎn)量約為9600噸，而需求量卻超過5萬噸，自給率約為20%。尤其是高質(zhì)量的特種石墨(等靜壓)幾乎都要進(jìn)口，其中約80%來自日本，20%來自歐美?！笆晃濉币詠砦覈哟罅藢μ胤N石墨的扶持力度，國內(nèi)炭素企業(yè)加大產(chǎn)品升級和轉(zhuǎn)型，紛紛建設(shè)特種石墨生產(chǎn)線。“十二五”期間我國特種石墨產(chǎn)量將大幅增長，復(fù)合增長率有望達(dá)到35%。預(yù)計2015年我國各類特種石墨產(chǎn)量將達(dá)到4.4萬噸左右，自給率有望提升至45%。當(dāng)前我國特種石墨產(chǎn)能分布：新成特碳39%；方大碳素22%；興和永興16%；中鋼吉炭7%；唐山金灣4%；其他12%。特種石墨需求量相對較大的依次是光伏太陽能、電火花及模具加工、核能等。等靜壓工藝生產(chǎn)出來的特種石墨又稱等靜壓石墨，是目前最成熟也是最先進(jìn)的生產(chǎn)工藝。我國目前等靜壓石墨的供給嚴(yán)重不足，2010年的自給率僅有約25%。

表：國內(nèi)等靜壓特種石墨供給替代空間巨大

需求量(噸)

2006

2007

2008

2009

2010E

太陽能光伏用石墨

4000

5250

6500

7600

8000

電火花加工用石墨

2000

2380

2750

3245

3500

金屬連鑄用石墨

500

570

630

690

750

光纖用石墨

120

150

150

燒結(jié)模具石墨

真空熱處理用石墨

125

150

180

200

塊孔氏熱交換器用石墨1000

1250

1500

1750

2000

高溫氣冷堆用石墨

1000

機(jī)械密封用石墨

軍工用石墨

160

170

180

190

200

需求合計

8000 10000 12000 14000

16000

供給量(噸)

國內(nèi)生產(chǎn)量

1000

1500

2000

3000

4000

進(jìn)口量

7000

8500 10000 11000

12000

國內(nèi)占比

12.50% 15.00% 16.67% 21.43% 25.00%

進(jìn)口占比

87.50% 85.00% 83.33% 78.57% 75.00% 3.2.1 中國光伏產(chǎn)業(yè)催生特種石墨需求高速增長

21世紀(jì)以來全球光伏產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，2000年全球太陽能裝機(jī)容量僅有1.4GW，而2010年增加至40GW，10年間的復(fù)合增長率高達(dá)40%。中國近期核定光伏固定上網(wǎng)電價，標(biāo)志我國光伏產(chǎn)業(yè)投資大幕拉開，未來幾年我國光伏產(chǎn)業(yè)將大幅增長。2010年我國光伏裝機(jī)容量僅有893MW，僅占全球市場的2.2%。預(yù)計2015年我國光伏裝機(jī)容量將達(dá)到10GW，2020年將達(dá)到50GW，未來10年間我國將成為全球光伏產(chǎn)業(yè)增長最快的國家。

多晶硅的需求主要來自于半導(dǎo)體和太陽能電池，其中，太陽能級多晶硅占需求量的約60%，預(yù)計未來5年多晶硅產(chǎn)量將有20%以上的復(fù)合增長率。單晶硅是通過多晶硅直拉法拉制而成，單晶硅主要應(yīng)用在電子行業(yè)中的半導(dǎo)體元件，是電子產(chǎn)業(yè)中最基礎(chǔ)的材料之一，預(yù)計增長速度也將保持在兩位數(shù)之上?！笆濉逼陂g多晶硅和單晶硅的快速擴(kuò)張將大幅增加特種石墨的需求量。

3.2.2 電火花加工對特種石墨的需求穩(wěn)定增長

電火花加工的主要優(yōu)勢在于能適合于難切削材料的加工，工具電極與工件不接觸，兩者間作用力很小，適用于加工特殊及復(fù)雜形狀的零件。在電火花加工工藝中，作為陽極的工具電極可以使用銅質(zhì)材料，也可使用石墨材料。石墨電極與銅電極相比具有比銅輕，密度只有銅的20%；易加工；切削加工不易產(chǎn)生應(yīng)力及熱變形；熔點在3000℃以上時熱膨脹系數(shù)小。在特種石墨的需求結(jié)構(gòu)中，電火花加工占比中約為15%，是需求量最大的下游之一，2009年電火花加工消耗特種石墨量約為8225噸。電火花加工石墨產(chǎn)品中使用高檔石墨約為25%，使用中低檔石墨約占75%。十一五期間我國機(jī)械行業(yè)快速發(fā)展，機(jī)床生產(chǎn)、金屬切削和加工工具行業(yè)保持20%以上的平均增長速度，“十二五”期間我國的金屬加工處理和切削工業(yè)的仍能保持快速增長，對特種石墨的需求量將保持12%-15%的年增長幅度上升。3.2.3 核安全加快石墨材料在核電中的應(yīng)用 日本福島核事故引發(fā)核電危機(jī)，核安全成為未來核電發(fā)展的關(guān)鍵因素。歐洲一些國家放緩或停止了核電站的建設(shè)，德國甚至宣布2020年關(guān)閉核電站，我國也在重新審視核電發(fā)展的規(guī)劃。但從長期看，核電依然是發(fā)電效率最高、最有前途的發(fā)電機(jī)組，我國大力發(fā)展核電的長期規(guī)劃沒有改變。在核電建設(shè)中，核安全是首位。高溫氣冷堆是國際核能界公認(rèn)的目前安全性最高的新型核反應(yīng)堆，是未來核電裝置的發(fā)展趨勢。石墨是中子的慢化劑和優(yōu)良的反射劑，其自身的有多優(yōu)良特性確立了它在核工業(yè)領(lǐng)域中關(guān)鍵材料之一。在高溫氣冷堆中，炭材料是不可缺少的減速材料、反射材料和結(jié)構(gòu)材料。高溫氣冷堆需要大量的高級石墨材料，可以說沒有核石墨材料就無法建成高溫氣冷堆。在高溫氣冷堆中由于用氦氣作為冷卻劑，用炭素及陶瓷材料作為燃料的包覆材料，用石墨或炭質(zhì)材料作為減速材料和爐芯結(jié)構(gòu)材料，可以把接近1000℃的高溫氣體導(dǎo)出反應(yīng)堆外作為能源使用。國際上已經(jīng)建立了多座開發(fā)研究用高溫氣冷堆。此外，核石墨可以用來制作熱結(jié)構(gòu)件，各向同性炭石墨材料用于制作石墨球、堆芯材料、電極等核石墨制品。

按照現(xiàn)有的核電發(fā)展規(guī)劃，我國2020年將建設(shè)8600萬千瓦的核電裝機(jī)容量，而2010年裝機(jī)容量僅有不到1000萬千瓦，意味著未來10年我國核電裝機(jī)年復(fù)合增長率高達(dá)25%。3.2.4 其他需求：模具、連鑄和人造金剛石石墨增長潛力不容忽視

中國用于制造模具和連鑄的石墨數(shù)量較大，石墨模具和連鑄用各類石墨占總需求量約26%。機(jī)械工業(yè)中的鑄造行業(yè)大量使用石墨材料作為加壓鑄造、離心鑄造、超硬合金的熱擠壓等加工模具。生產(chǎn)大規(guī)格的純銅、青銅、黃銅等主要采用連鑄的方法，其中對產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要影響的結(jié)晶器就是用等靜壓石墨材料制成的。由于等靜壓石墨在熱傳導(dǎo)、熱穩(wěn)定、自潤滑、抗浸潤及化學(xué)惰性等方面具有良好的性能，使之成為制作結(jié)晶器不可替代的材料。等靜壓石墨還用于制作金剛石工具和硬質(zhì)合金的燒結(jié)模具，光纖拉絲機(jī)的熱場部件(加熱器、保溫筒等)，真空熱處理爐的熱場部件(加熱器、承載框等)，以及精密石墨熱交換器、機(jī)械密封部件、活塞環(huán)、軸承、火箭噴嘴等。4.碳纖維十二五新材料規(guī)劃的寵兒 4.1 碳纖維被譽(yù)為“新材料之王”

碳纖維是指含碳量在90%以上的無機(jī)高分子纖維材料，是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高的比強(qiáng)度和最高的比模量的纖維，特別是在2000℃以上的高溫惰性環(huán)境中，碳材料是唯一強(qiáng)度不下降的物質(zhì)；力學(xué)性能優(yōu)異，比重不到鋼的1/4，抗拉強(qiáng)度是鋼的7-9倍，且抗拉彈性、比強(qiáng)度、比模量均顯著優(yōu)于鋼。碳纖維的優(yōu)良特性決定了其應(yīng)用無處不在，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造、風(fēng)力發(fā)電葉片、海洋鉆探、汽車構(gòu)件、體育器材、醫(yī)療器械、建筑補(bǔ)強(qiáng)材料等行業(yè)，被譽(yù)為21世紀(jì)的“新材料之王”。

表：國外PAN基碳纖維原絲生產(chǎn)工藝

研制單位

溶劑

工藝路線

紡絲方法

日本東麗

二甲基亞砜

一步法

濕紡

日本東邦

氯化鋅水溶液

一步法

濕紡

美國NASF

熔紡

日本三菱人造絲

二甲基乙酰胺

二步法

濕紡

二甲基甲酰胺

一步法

濕紡

日本愛克綸

NaSCN

二步法

濕紡

二甲基甲酰胺

二步法

濕紡

英國考特爾茲

NaSCN

一步法

濕紡

日本旭化成二甲基亞砜

二步法

干噴濕紡

根據(jù)基礎(chǔ)原料不同，碳纖維主要分為三類：以聚丙烯腈(PAN)為原料高溫碳化形成的碳纖維為PAN基碳纖維；以瀝青、粘膠纖維為原料高溫碳化形成的碳纖維分別為瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維。其中聚丙烯腈基碳纖維是目前碳纖維發(fā)展的主流，占世界碳纖維市場的80%以上。

碳纖維主要有四種產(chǎn)品形式：纖維、布料、預(yù)浸料坯和短切纖維。布料是指由碳纖維制成的織品；預(yù)浸料坯是將碳纖維按照一個方向一致排列，并將碳纖維或布料經(jīng)樹脂浸泡使其轉(zhuǎn)化成片狀；短切纖維指的是短絲。

表：碳纖維的主要用途及應(yīng)用形態(tài)、種類

種類

用途

有關(guān)產(chǎn)業(yè)

絲束

高溫隔熱材料

電子、汽車、飛機(jī)、原子能

復(fù)合材料CFR

CF增強(qiáng)樹脂(CFRP)密封材料

化學(xué)、石油工業(yè)、石油、汽車

功能材料(滑動、導(dǎo)電、耐腐蝕材料等)電子、電工、機(jī)械、宇航、飛機(jī)、化學(xué)

CF增強(qiáng)碳(CFRC)結(jié)構(gòu)材料(重要較高模量的一次、二次結(jié)構(gòu)用才)運動器材、飛機(jī)、宇航、電工、醫(yī)療

燒蝕材料

宇航

CF增強(qiáng)金屬(CFRM)摩擦材料

汽車、鐵道、飛機(jī)、機(jī)械

炭、石墨材料

鋼鐵、電工

CF增強(qiáng)水泥(CFRC)有關(guān)電池的基材

電力、汽車

建筑、土木材料

船舶、住宅建設(shè) 4.2 日本、美歐大廠壟斷碳纖維供應(yīng)

雖然碳纖維經(jīng)過幾十年的發(fā)展其生產(chǎn)工藝已經(jīng)成熟，但其技術(shù)壁壘極高，目前全球僅少數(shù)國家具備大規(guī)模生產(chǎn)的能力。世界碳纖維主要產(chǎn)能集中在日本、美國、英國、德國、法國、韓國和我國的臺灣省，主要生產(chǎn)商為日本的東麗、東邦人造絲、三菱人造絲三大集團(tuán)和美國的卓爾泰克、阿克蘇、和德國的SGL公司等。

世界小絲束碳纖維生產(chǎn)基本上被日本碳纖維生產(chǎn)廠家控制，主要是東麗(Toray)集團(tuán)、東邦(Toho)集團(tuán)和三菱(Mitsubishi)集團(tuán)三大碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，三者合計占據(jù)了全球小絲碳纖維名義產(chǎn)能的70%以上。大絲束碳纖維生產(chǎn)主要集中在美國、德國和日本，美國卓爾泰克(Zoltek)、德國西格里(SGL Group)和日本東邦(Toho)的大絲束碳纖維產(chǎn)能合計占全球大絲碳纖維名義產(chǎn)能的80%左右。

預(yù)計未來五年全球碳纖維產(chǎn)能將繼續(xù)保持增長，其中小絲束碳纖維增速相對較慢，而大絲束碳纖維將快速增長。預(yù)計2014年全球碳纖維名義產(chǎn)能將達(dá)到11.09萬噸，比2009年大幅增長38%。

4.3 碳纖維的需求快速增長

據(jù)《復(fù)合材料市場報告》克利斯.蘭德(Chris Red)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，過去的2005-2010年全球碳纖維需求復(fù)合增長率近9%，預(yù)測2010-2018年碳纖維需求復(fù)合增長率將達(dá)到15.12%。AJR咨詢公司托尼.羅伯次(Tony Roberts)預(yù)計2010-2018年碳纖維需求復(fù)合增長率為13.39%。增長的動力主要來自全球風(fēng)能市場高速增長、汽車輕量化趨勢對碳纖維的需求量大增，以及航空航天市場穩(wěn)定增長。

預(yù)計2014年航空航天對碳纖維的需求1.3萬噸，比2010年增長近80%；預(yù)計2018年全球市場對碳纖維需求量約1.6萬噸。其中增長較快的是民用飛機(jī)、通用航空領(lǐng)域。表：民用航空業(yè)提高碳纖維需求

宇航工業(yè)

2008年

2009年

2010年

2014年

2018年

比2010年增長

民用飛機(jī)

3600

3500

4200

8500

11000

161.90%

軍用飛機(jī)

580

500

550

800

900

63.64%

直升飛機(jī)

320

350

400

420

470

17.50%

通用航空

1350

1180

1000

1600

2000

100.00%

其他宇航

780

700

1100

1680

1630

48.18%

合計

6630

6230

7250

13000

16000

120.69% 中國大型飛機(jī)C919計劃2012年完成詳細(xì)設(shè)計，2014年實現(xiàn)首飛，2016年完成適航取證并投放市場。如果按照25%的復(fù)合材料重量占比測算，每架C919飛機(jī)所需復(fù)合材料在15噸左右，對應(yīng)年需求量在2250噸，對碳纖維的需求增量很大。碳纖維在風(fēng)能發(fā)電行業(yè)中主要用于風(fēng)機(jī)葉片的載荷加強(qiáng)桿中，作為特大風(fēng)力發(fā)電葉片的主要材料。目前，由于風(fēng)能發(fā)電的成本相對低廉，全球風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量的增速迅猛，大容量風(fēng)機(jī)的應(yīng)用將成為主要趨勢。根據(jù)風(fēng)電行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，2兆瓦以上風(fēng)電設(shè)備必須采用碳纖維材料，隨著國內(nèi)風(fēng)電裝置大量建設(shè)，大絲束碳纖維需求量將有爆發(fā)式增長；2010年全球風(fēng)能對碳纖維的需求量約5000噸，2014年將大幅提升至17000噸，2018年預(yù)計為35000噸，2010-2018年的需求復(fù)合增長率高達(dá)27%。

中國2010年累計風(fēng)電裝機(jī)容量約為4183萬千瓦，其中2010年新增風(fēng)電裝機(jī)達(dá)1600萬千瓦，占全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量的46%。預(yù)計到2015年，我國將新建成6000萬千瓦的裝機(jī)容量。這需新增12000臺5MW級風(fēng)力發(fā)電機(jī)，約需使用碳纖維36000噸。預(yù)計到2020年中國風(fēng)電裝機(jī)有望達(dá)到15000萬千瓦，未來十年復(fù)合增長率為19%。另外，碳纖維以其高比強(qiáng)度和抗拉彈性等優(yōu)異的力學(xué)性能而被應(yīng)用在高端汽車領(lǐng)域。汽車零部件輕量化、小型化已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的趨勢。資料顯示，汽車自重每減少100公斤，行使100公里可節(jié)約油0.3升。汽汽車工業(yè)中主要應(yīng)用于發(fā)動機(jī)底盤、驅(qū)動軸、車身、車門、橫梁、油箱、懸臂梁、鋼板彈簧、減速器、變速器支架等。如果每輛北美的汽車用2.2kg碳纖維，那北美2010年1200萬輛汽車的碳纖維總需求量就高達(dá)26.4萬噸，汽車工業(yè)對碳纖維的需求潛力巨大。

其他領(lǐng)域中，碳纖維在建筑工程中的應(yīng)用也很廣泛，用作土木建筑的補(bǔ)強(qiáng)加固材料、鋼筋替代材料、混凝土增強(qiáng)材料、斜拉懸索橋鋼索代用材料等。我國2010年建筑補(bǔ)強(qiáng)使用碳纖維約380噸，到2012年預(yù)計將達(dá)到460噸以上。國家對電力需求的不斷增長，要求輸電線路的傳輸容量越來越大，碳纖維復(fù)合材料為芯部的新型電纜大量進(jìn)入市場，將替代傳統(tǒng)的普通鋼芯電纜。僅對國內(nèi)最大的電纜廠家的調(diào)查表明：該廠家已具備年生產(chǎn)8000公里長新型電纜能力，年需碳纖維500～800噸。5.中國炭素行業(yè)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

5.1 特種石墨量少質(zhì)差進(jìn)口替代不是夢

一是特種石墨市場處于嚴(yán)重的供給不足狀態(tài)，國內(nèi)2010年總產(chǎn)能不足2萬噸，實際產(chǎn)量約為9600噸，而需求量卻超過5萬噸，自給率約為20%。尤其是高質(zhì)量的等靜壓特種石墨幾乎都要進(jìn)口，其中約80%來自日本，20%來自歐美。

二是規(guī)格偏低，國內(nèi)大多廠商生產(chǎn)的等靜壓石墨規(guī)格一般在直徑300-500mm，極少數(shù)達(dá)到600-700mm以上規(guī)格的產(chǎn)品，而日本等國已經(jīng)具備了直徑1000mm及以上的能力。三是特種石墨的性能差距，隨著下游領(lǐng)域的發(fā)展，對等靜壓石墨的要求有更高純度、高強(qiáng)度、顆粒更細(xì)等特性，尤其是在單晶爐向大規(guī)格化發(fā)展、核電領(lǐng)域以及金剛石加工中對等靜壓石墨的要求更高，而我國目前大多數(shù)企業(yè)尚不具備這個技術(shù)能力。

由于技術(shù)相對較低，國產(chǎn)特種石墨的價格大幅低于進(jìn)口石墨，國內(nèi)產(chǎn)品價格在6-12萬元/噸之間，而進(jìn)口石墨價格在18-20萬元/噸。巨大的價格空間以及技術(shù)的不斷攻克，進(jìn)口替代未來不是夢。

5.2 碳纖維求索之路仍長新材料規(guī)劃將催速 碳纖維作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的一種重要產(chǎn)品，正受到越來越多人的關(guān)注，國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)線建設(shè)也異常熱鬧。作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的分支之一頗受關(guān)注，行業(yè)成長“動力十足”。據(jù)預(yù)測，2010年P(guān)AN基碳纖維的全球需求量將達(dá)4萬-5萬噸，到2014年將超過7.5萬噸，預(yù)計到2018年需求量將達(dá)到11萬噸。2010年我國碳纖維需求達(dá)1萬噸左右。目前國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)有23家，總產(chǎn)能為4000噸/年，規(guī)模都在千噸以下。而實際產(chǎn)量不足2000噸，自給率不足20%，尤其是高性能的小絲束碳纖維基本依靠進(jìn)口。

目前國內(nèi)碳纖維發(fā)展面臨兩個瓶頸，一是原絲技術(shù)，二是碳化爐。盡管國內(nèi)發(fā)展了幾十年，但只能小規(guī)模生產(chǎn)T300的碳纖維，對于高強(qiáng)碳纖維T800、T1000，國內(nèi)尚無生產(chǎn)能力，是國內(nèi)欠缺高性能原絲與先進(jìn)的碳化爐，而這些發(fā)達(dá)國家對我國實行技術(shù)封鎖，一直難有突破。由于面臨較高的技術(shù)壁壘，我國高性能碳纖維發(fā)展仍需攻關(guān)。在碳纖維應(yīng)用方面，發(fā)達(dá)國家碳纖維應(yīng)用比例分別是工業(yè)應(yīng)用49%、航空航天19%、體育休閑32%；而我國是體育休閑占比最高達(dá)65%左右，工業(yè)應(yīng)用約為31%，航空航天僅4%左右。6.重點公司

6.1 中鋼吉炭(000928)——碳纖維發(fā)威

公司是國內(nèi)最大的綜合性炭素制品生產(chǎn)企業(yè)之一，主要有石墨電極、石墨陽極、炭塊、特種炭制品、炭纖維制品等，目前石墨電極總產(chǎn)能11萬噸/年。目前普通、高功率、超高功率石墨電極的比重已調(diào)整到2：4：4，公司計劃未來再進(jìn)一步擴(kuò)大到0.5：4：5.5。

公司全資子公司神舟碳纖維公司是國防科工委唯一一家定制生產(chǎn)軍用碳纖維的企業(yè)，每年提供約10噸左右碳纖維，毛利率在30%左右。另外，公司持有30%股權(quán)江城碳纖維。一期500t預(yù)計在2011年9月底投產(chǎn)；二期1500t。江城碳纖維公司生產(chǎn)的民用碳纖維主要是6K和12K的品種。

大股東中鋼集團(tuán)是國國資委直屬的大型企業(yè)，下屬仍有大量的炭素資產(chǎn)，未來有注入上市的可能性。四川炭素，產(chǎn)品主要是電極接頭，也有一些電極本體，產(chǎn)能3-4萬噸。上海新型石墨(浙江)生產(chǎn)特種石墨。鞍山熱能院有8萬噸煤系針狀焦產(chǎn)能。江城碳纖維70%的股權(quán)。此外，公司所在地吉林省吉林市是科技部認(rèn)定的唯一一個碳纖維產(chǎn)業(yè)化基地，這標(biāo)志著吉林的碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略層面，成為中國發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè)的重點基地。6.2 博云新材(002297)——C/C王者

公司產(chǎn)品飛機(jī)剎車副、航天用炭/炭復(fù)合材料、汽車剎車片、高性能模具，都處于國際領(lǐng)先水平：公司依托中南大學(xué)，在國內(nèi)粉末冶金復(fù)合材料領(lǐng)域形成了基礎(chǔ)研究—應(yīng)用研究—產(chǎn)業(yè)化的鏈條，能在短時間內(nèi)將行業(yè)內(nèi)最新的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于規(guī)模生產(chǎn)中。

環(huán)保型高性能汽車剎車片技術(shù)改造工程將于年底完工，產(chǎn)能將達(dá)到2500萬片。產(chǎn)能的釋放將為公司帶來積極的影響，消除公司汽車剎車片產(chǎn)能日益不足的問題，得以實現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益，符合公司發(fā)展戰(zhàn)略。

公司飛機(jī)剎車副產(chǎn)品國內(nèi)市場份額第一，毛利率高，其產(chǎn)品憑借高性能、相對優(yōu)惠的價格，正在逐漸替代國外同類產(chǎn)品。

公司與霍尼韋爾聯(lián)合競標(biāo)取得中國商飛C919大型客機(jī)機(jī)輪、輪胎和剎車系統(tǒng)獨家供應(yīng)商資格，雙方組建合資公司共同實施該項目。公司擬采取非公開發(fā)行募集5億元人民幣，用于投資公司與霍尼韋爾爾合資飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)項目、長沙鑫航飛機(jī)機(jī)輪項目等。公司意在提高在飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)及其配件的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)能力和延伸公司航空產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈。(公子戰(zhàn)）

第二篇：石墨材料

石墨材料

模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的基礎(chǔ)工藝裝備，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)品零件廣泛采用沖壓、鍛壓成形、壓鑄成形、擠壓成形、塑料注射或其它成形加工方法，與成形模具相配套，使坯料成形加工成符合產(chǎn)品要求的零件。我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活中所使用到的各種工具和產(chǎn)品，大到機(jī)床的底座、機(jī)身外殼，小到一個胚頭螺絲、紐扣以及各種家用電器的外殼，無不與模具有著密切的關(guān)系。模具的形狀決定著這些產(chǎn)品的外形，模具的加工質(zhì)量與精度也就決定著這些產(chǎn)品的質(zhì)量。近年模具行業(yè)飛速發(fā)展，石墨材料、新工藝和不斷增加的模具工廠不斷沖擊著模具市場，石墨以其良好的物理和化學(xué)性能逐漸成為模具制作的首選材料。[1]編輯本段石墨模具的優(yōu)良性能1.優(yōu)良的導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能 2.線膨脹系數(shù)低等很好的熱穩(wěn)定性能及抗加熱沖擊性 3.耐化學(xué)腐蝕與多數(shù)金屬不易發(fā)生反應(yīng) 4.在高溫下（在多數(shù)銅基胎體燒結(jié)溫度800℃以上）強(qiáng)度隨溫度升高而增大 5.具有良好的潤滑和抗磨性 6.易于加工，機(jī)械加工性能好，可以制作成形狀復(fù)雜、精度高的模具

編輯本段石墨模具的應(yīng)用目前，石墨模具主要在以下幾個方面得到了廣泛的應(yīng)用：

1.有色金屬連續(xù)鑄造及半連續(xù)鑄造用石墨模具：近年來，國內(nèi)外正在推廣由熔融金屬狀態(tài)直接連續(xù)（或半連續(xù)的）制造棒材或管材等先進(jìn)的生產(chǎn)方法。國內(nèi)在銅，銅合金，鋁，鋁合金等方面已開始采用這種方法。人造石墨作為有色金屬的連續(xù)鑄造或半連續(xù)鑄造用模具被認(rèn)為是最合適的材料。生產(chǎn)實踐證明，由于采用了石墨模具，因其導(dǎo)熱性能良好（導(dǎo)熱性能決定了金屬或合金的凝固速度），模具的自潤滑性能好等因素，不但使鑄型速度提高，而且由于鑄錠的尺寸精確，表面光滑，結(jié)晶組織均勻，可直接進(jìn)行下道工序的加工。這不僅大大提高了成品率，減少了廢品損失，而且產(chǎn)品質(zhì)量也有大幅度的提高。連續(xù)鑄造方法有立式連續(xù)鑄造法和臥式連續(xù)鑄造法兩種。

2.加壓鑄造用模具：人造石墨材料已成功地用于有色金屬的加壓鑄造上。例如，用人造石墨材料制造的加壓鑄造用模具生產(chǎn)的鋅合金和銅合金的鑄件已用于汽車零件等方面。

3.離心鑄造用石墨模具：石墨模已成功應(yīng)用于離心鑄造上。美國已采用壁厚為25 毫米以上的人造石墨鑄模來離心 鑄造青銅套管。為了防止人造石墨模的燒損，可采取一定的防氧化措施。澆鑄一定數(shù)量的鑄件后，如果發(fā)現(xiàn)鑄模內(nèi)表面燒損，可以將鑄模內(nèi)孔的尺寸擴(kuò)大以便用來鑄造大規(guī)格套管。

4.熱壓壓模 模具：人造石墨熱壓壓模用于硬質(zhì)合金的加壓燒

結(jié)方面具有下述特點： 一是若壓制溫度提高到1350-1450 度時，則所需單位壓力可降到67-100 公斤力/平方厘米（即為冷壓壓力的1/10）就可;二是加壓和加熱在同一道工序進(jìn)行，經(jīng)短時間的燒結(jié)就能得到致密的燒結(jié)體。

5.玻璃成型用模具：由于石墨材料具有化學(xué)穩(wěn)定性，不易受熔融玻璃的浸潤，不會改變玻璃的成分，石墨材料耐熱沖擊性能良好，尺寸隨溫度變化小等特點，所以近年來在玻璃制造中成為不可缺少的模具材料，可以用它來制造玻璃管，彎管，漏斗及其它各種異型玻璃瓶的鑄模。6.燒結(jié)模及其它金剛石燒結(jié)模具：利用人造石墨材料熱變形極小的特點，可制造晶體管的燒結(jié)模具和支架，現(xiàn)已廣泛使用，它已成為發(fā)展半導(dǎo)體工業(yè)不可缺少的材料。此外，石墨模具也使用于鑄鐵用的鑄型，各種有色金屬用的耐久性鑄模，鑄鋼用鑄型，耐熱金屬（鈦，鋯，鉬等）用的鑄型及焊鋼軌用的鋁熱焊型的鑄型等。熱壓燒結(jié)金剛石工具用石墨模具,在金剛石工具制造過程中擔(dān)負(fù)著發(fā)熱元件和模具支撐的雙重作用,石墨模具質(zhì)量的優(yōu)劣,直接影響到金剛石工具的尺寸精度、外觀形狀等。熱壓燒結(jié)工藝要求:溫度達(dá)到(1 000±2)℃,成型壓力16～50 MPa,保溫保壓時間為15～30 min,環(huán)境為非真空狀態(tài)。在此工況條件下,既要求成型及發(fā)熱元件的石墨模具具有導(dǎo)電性、較高的電阻率、足夠的機(jī)械強(qiáng)度,還需要其具有良好的抗氧化性能和較長的使用壽命,以確保金剛石工具的尺寸精度和優(yōu)異性能。目前,西方發(fā)達(dá)國家金剛石工具制造用石墨模具材料,主要為超細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)、高純度和高石墨化度的石墨材料,要求其平均粒徑小于15μm,甚至10μm以下,中等氣孔尺寸小于2μm。用此炭素原料做成的石墨模具,氣孔率小、結(jié)構(gòu)致密、表面光潔度高、抗氧化性較強(qiáng),平均使用壽命可達(dá)30～40次。金剛石模具要求材質(zhì)硬度高，抗氧化性能好，加工精度高等特點，采用優(yōu)質(zhì)石墨原材料大大延長了模具使用壽命和提高了抗氧化性能。

編輯本段電火花（EDM）加工模具在家電、汽車、機(jī)電、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域日益成為工業(yè)化批量生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備，承擔(dān)了這些工業(yè)中60%-90%的產(chǎn)品零部件的加工生產(chǎn)。近年來高速銑削突破了傳統(tǒng)銑削難以加工高硬、高強(qiáng)、高韌模具材料的限制。但電火花加工具有加工精度和表面質(zhì)量高，可加工范圍寬，特別是在復(fù)雜、精密、薄壁、窄縫、高硬材料的模具型腔加工中的優(yōu)勢是高速銑削所不能比擬的，因此放電加工將仍然是模具型腔加工的主要手段。由于石墨電極(與銅相比)有電極消耗少、放電加工速度快、機(jī)械加工性能好、重量輕、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)越性，逐漸代替銅

電極成為電加工電極的主流。石墨電極與銅相比，有著消耗少、放電速度快、重量輕以及熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)越性，因此逐漸代替銅電極成為放電加工電極的主流。相比之下，石墨電極材料具有以下優(yōu)勢：

1.速度快：石墨放電比銅快2-3倍，材料不易變形，在薄筋電極的加工上優(yōu)勢明顯，銅的軟化點在1000度左右，容易因受熱而產(chǎn)生變形，石墨的升華溫度為3650度左右，相比而言，石墨材料熱膨脹系數(shù)只有銅材的1/30；

2.重量輕：石墨的密度只有銅的1/5，大型電極進(jìn)行放電加工時，能有效降低機(jī)床(EDM)的負(fù)擔(dān)，更適用于大型模具的應(yīng)用；

3.損耗?。河捎诨鸹ㄓ椭泻蠧原子，在放電加工時，高溫導(dǎo)致火花油中的C原子被分解出來，而在石墨電極的表面形成保護(hù)膜，補(bǔ)償了石墨電極的損耗；

4.無毛刺：銅電極在加工結(jié)束后，還需手工進(jìn)行去除毛刺，而石墨加工后沒有毛刺，這不但節(jié)約了大量的成本和人力，同時更容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)；

5.易拋光：由于石墨的切削阻力只有銅材的1/5，操作上更容易進(jìn)行手工研磨和拋光；

6.成本低：由于近幾年銅材價格不斷上漲，如今，各方面同性石墨的價格比銅的更低；相同體積下石墨產(chǎn)品的價格比銅低百分之三十到六十，價格比較穩(wěn)定，短期價格波動相對來講比較小。編輯本段石墨模具加工工藝首先它由模具設(shè)計人員根據(jù)產(chǎn)品（零件）的使用要求，把模具結(jié)構(gòu)設(shè)計出來，繪出圖紙再由技術(shù)工人按圖紙要求通過各種機(jī)械的加工（如車床、刨床、銑床、磨床、電火花、線切割等各種設(shè)備）做好模具上的每個零件，然后組裝調(diào)試，直到能生產(chǎn)出合格的的產(chǎn)品。

編輯本段石墨模具的現(xiàn)狀與發(fā)展如今石墨模具工業(yè)對人類的生活及發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，許多產(chǎn)業(yè)部門(如機(jī)電、汽車、家電輕工、電器儀表、通訊、軍械等)的發(fā)展依賴于模具工業(yè)的技術(shù)提高和發(fā)展，世界各國均投入大量的人力財力發(fā)展石墨模具工業(yè)。像德國的西格里、日本的東洋碳素 在國際石墨模具工業(yè)領(lǐng)域中取得了主導(dǎo)地位。我國對模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，因為模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。從1997年我國有關(guān)部門開始重視和支持對石墨模具工業(yè)的發(fā)展，大力扶植中國本土企業(yè)在石墨模具工業(yè)上的發(fā)展，如今已經(jīng)取得了不錯的成績，并為中國的出口外匯收入做出了貢獻(xiàn)。如今像北京的北京北方鑫源電碳制品有限責(zé)任公司等生產(chǎn)廠家歷經(jīng)20年的發(fā)展，生產(chǎn)的石墨模具及石墨制品均受到了國內(nèi)及海外用戶的一致認(rèn)可及

好評。針對未來模具行業(yè)的發(fā)展趨勢，誰能在最短的時間里完成模具的制作，誰就贏得了客戶，贏得了市場。石墨模具（石墨電極）以其各方面優(yōu)越的性能，已經(jīng)在模具行業(yè)中確立了重要的主導(dǎo)地位及未來的發(fā)展趨勢

第三篇：石墨烯前景

2013年1月，歐盟委員會將石墨烯列為“未來新興技術(shù)旗艦項目”之一；

十二五規(guī)劃

石墨烯是新材料中最為“時髦”的一員。它具有超硬、最薄、負(fù)電子的特征，有很強(qiáng)的韌性、導(dǎo)電性以及導(dǎo)熱性。這使其能夠廣泛應(yīng)用于電子、航天、光學(xué)、儲能、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域，擁有巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間。

因此，石墨烯在2004年被發(fā)現(xiàn)后就迅速引發(fā)全球范圍內(nèi)的研究熱。近年來我國在石墨烯研發(fā)應(yīng)用方面的研究不斷加強(qiáng)，各地政府和有關(guān)機(jī)構(gòu)加大力度扶持和推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2013年6月，內(nèi)蒙古石墨烯材料研究院正式成立。這是我國首個與石墨烯材料相關(guān)的綜合性研究機(jī)構(gòu)和技術(shù)開發(fā)中心。

2013年7月13日，在中國產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會的支持下，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟正式成立。該聯(lián)盟已向有關(guān)部門上報了無錫、青島、寧波、深圳四個地方，作為石墨烯產(chǎn)業(yè)研發(fā)示范基地。江蘇省、山東省等省級石墨烯聯(lián)盟已于2013年陸續(xù)成立。

2013年12月18日，無錫市發(fā)布《無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》，規(guī)劃建立無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)和無錫市石墨烯技術(shù)及應(yīng)用研發(fā)中心、江蘇省石墨烯質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心。力爭把無錫市打造成國家級石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范基地和具有國際競爭力的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展示范區(qū)。

2013年12月20日，寧波年產(chǎn)300噸石墨烯規(guī)模生產(chǎn)線正式落成投產(chǎn)。

與此同時，上海浦東新區(qū)也正籌備建立臨港石墨烯產(chǎn)業(yè)園區(qū)，并力爭國家石墨烯檢驗監(jiān)測中心落戶浦東。

石墨烯產(chǎn)業(yè)遍地開花。據(jù)記者了解，目前，無錫市已設(shè)立2億元專項資金，通過補(bǔ)貼、配套、獎勵、跟進(jìn)投資、股權(quán)投資等方式，進(jìn)一步扶持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展；寧波為了扶持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也拿出了千萬元以上的扶持資金。業(yè)內(nèi)人士表示，作為一種理想的替代型材料，石墨烯一旦實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化其產(chǎn)值至少在萬億元以上。

推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

第四篇：石墨烯學(xué)習(xí)心得

石墨烯學(xué)習(xí)心得

最近這段時間斷斷續(xù)續(xù)搜集了很多納米材料、半導(dǎo)體物理還有石墨烯的相關(guān)資料，主要是來自萬方數(shù)據(jù)網(wǎng)、超星學(xué)術(shù)視頻網(wǎng)站、百度文庫還有一些相關(guān)網(wǎng)頁博客資料。了解到了很多之前聞所未聞的知識，比如“納米材料的神奇特性、納米科技潛在的危害”等等。

對于石墨烯，主要有如下幾方面不成熟的想法，還望老師您來指正。

（一）在石墨烯新奇特性以及宏觀應(yīng)用預(yù)測方面

有人認(rèn)為，石墨烯的這些新奇的特性以及預(yù)期應(yīng)用并不能推廣到宏觀尺寸。

第一是認(rèn)為很多實驗數(shù)據(jù)都是來源于對微納米級單層石墨烯的實驗研究，不能把納米微米級觀察和測試到的數(shù)據(jù)無限夸大到宏觀應(yīng)用；

第二是認(rèn)為單層懸浮石墨烯的特異性是依靠其邊界碳原子的色散作用而穩(wěn)定存在，大面積的單層懸浮石墨稀不可能穩(wěn)定存在。第三是認(rèn)為目前的大面積石墨烯的應(yīng)用實例存在相當(dāng)大的褶皺以及碳原子缺失。因而否定很多2010年諾貝爾物理獎的公告中對于石墨稀的宏觀應(yīng)用預(yù)測，并主張繼續(xù)深入石墨烯微觀性能研究，比如半導(dǎo)體器件等研究。

我想：我們最好還是不能放棄石墨烯在宏觀尺度上應(yīng)用的希望，應(yīng)該盡最大努力用各種手段去克服所謂的褶皺、碳原子缺失等等導(dǎo)致石墨烯性質(zhì)不能穩(wěn)定存在的負(fù)面因素，比如采用襯底轉(zhuǎn)移（CVD）的方式所制大面積石墨烯透明電極尺寸的方法（雖然制得的石墨烯還有很多的缺陷，但至少證明大面積石墨烯還是有可能穩(wěn)定存在并最終為我們所用的吧，畢竟有宏觀實際應(yīng)用的材料才更有可能是有發(fā)展前景的新型材料）。

（二）在石墨烯制備工藝方面 我們知道，石墨烯非常有希望在諸多應(yīng)用領(lǐng)域中成為新一代器件，但這些元件要達(dá)到實際應(yīng)用水平,還需要解決很多問題。那就是如何在所要求的基板或位臵制作出不含缺陷及雜質(zhì)的高品質(zhì)石墨烯,或者通過摻雜(Doping)法實現(xiàn)所期望載流子密度的石墨烯。用于透明導(dǎo)電膜用途時能否實現(xiàn)大面積化及量產(chǎn)化,而用于晶體管用途時能否提高層控制精度,這些問題都十分重要。今后,為了探尋石墨烯更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域,還需繼續(xù)尋求更為優(yōu)異的石墨烯制備工藝,使其得到更好的應(yīng)用。

（三）石墨烯在納米存儲器上的應(yīng)用前景

傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝技術(shù)已逐漸逼近物理極限，難以大幅度提高存儲器的性能，越來越難以滿足人們對存儲器的要求，要想有突破性的進(jìn)展，就必須另辟蹊徑，尋找新的原理和方法。

第一是因為傳統(tǒng)半導(dǎo)體存儲器存在容量小數(shù)據(jù)易丟失等弊端。第二是因為現(xiàn)代化信息爆炸社會迫切要求新型的大容量存儲器的出現(xiàn)。

第三因為是人們對信息存儲的安全性要求越來越高。最后，假如納米存儲技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的話，屆時我們電腦中的存儲設(shè)備也許會以PB為單位計算，而因存儲介質(zhì)損壞導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的煩惱也將遠(yuǎn)離我們。所以我覺得：要是可能的話，以石墨烯為介質(zhì)的存儲器，應(yīng)該是一個不錯的研究方向。

第五篇：石墨烯相變材料論文

石墨烯相變材料的研究

摘要：隨著熱管理及熱存儲技術(shù)的發(fā)展，儲熱技術(shù)逐漸扮演著越來越重要的角色，于此同時尋找高性能的儲熱材料也成為了研究熱潮。近年來，相變材料的發(fā)展為儲熱技術(shù)帶來了福音，相比于其他熱導(dǎo)率低，儲熱性能差的儲熱材料，相變材料有著天然的優(yōu)勢。而在相變材料中，石墨烯相變材料是如今發(fā)現(xiàn)的儲熱性能最優(yōu)異的相變材料，通過將石墨烯作為填充材料，相變材料的儲熱能力大大提升。

關(guān)鍵詞： 熱存儲 相變材料 儲熱材料 石墨烯 前言：

在熱能的存儲和利用過程中，常常存在于在供求之間在時間上和空間上不匹配的矛盾，如太陽能的間歇性，電力負(fù)荷的峰谷差，周期性工作的大功率器件的散熱和工業(yè)余熱利用等。相變儲能材料通過材料相變時吸收或釋放大量熱量實現(xiàn)能量的儲存和利用，可有效解決能量供求在時間和空間上不匹配的矛盾。因此，相變儲能技術(shù)被廣泛應(yīng)用于具有間歇性或不穩(wěn)定性的熱管理領(lǐng)域，如航空航天大功率器件的管理，周期性間歇式電子工作器件的散熱，太陽能利用，電力的“移峰填谷”，工業(yè)廢熱余熱的回收利用，民用建筑的采暖及空調(diào)的節(jié)能領(lǐng)域等。近年來，相變儲能技術(shù)成為能源科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域中一個十分活躍的前沿研究方向。

相變儲能材料具有儲能密度大儲能釋能過程近似恒溫的特點。但多數(shù)相變儲能材料存在熱導(dǎo)率低，換熱性能差等缺點。采用具有高導(dǎo)熱，低密度，耐腐蝕和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點的碳材料對其進(jìn)行強(qiáng)化傳熱，可有效提高系統(tǒng)換熱效率。常用的固-液定型相變儲能材料實際上是一類復(fù)合相變材料，主要是由兩種成分組成：一是工作物質(zhì)；二是載體基質(zhì)。工作物質(zhì)利用它的固-液相變進(jìn)行儲能工作物質(zhì)可以是各種相變材料，如石蠟，硬脂酸，水合鹽，無機(jī)鹽和金屬及其合金材料。載體基質(zhì)主要是用來保證相變材料的不流動性和可加工性，并對其進(jìn)行強(qiáng)化傳熱。

石墨烯是一種新型碳材料，它具有由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀緊密堆積結(jié)構(gòu)。它是構(gòu)建其他維度炭質(zhì)材料的基本單元。石墨烯本身具有非常高的導(dǎo)熱系數(shù)，并兼具密度小，膨脹系數(shù)低和耐腐蝕等優(yōu)點有望成為一種理想型散熱材料。將石墨烯作為強(qiáng)化傳熱載體，有可能克服單一相變材料熱導(dǎo)率低的缺點，縮短復(fù)合體系熱響應(yīng)時間，提高換熱效率實現(xiàn)復(fù)合材料傳熱和儲熱一體化。

本文通過查閱大量文獻(xiàn)以及親自做實驗得出了一些數(shù)據(jù)和結(jié)論。正文

1.根據(jù)同濟(jì)大學(xué)田勝力、張東、肖德炎、向陽等人2006年在《材料開發(fā)與應(yīng)用》上發(fā)表的文章，他們對脂肪酸相變儲能材料的熱循環(huán)行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究試驗。試驗選用了化學(xué)純的癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸和棕櫚酸等四種脂肪酸為研究對象，利用差示掃描量熱技術(shù)（DSC）測定了經(jīng)過56次、112次、200次和400次反復(fù)熱循環(huán)的相變材料的融化溫度和融化潛熱，加速熱循環(huán)試驗結(jié)果顯示：癸酸融化溫度范圍變窄了4℃左右，肉豆蔻酸融化溫度范圍變寬了3℃左右，月桂酸和棕櫚酸的融化溫度范圍變化不明顯，其中以棕櫚酸的融化溫度變化最小。隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，相變材料的融化初始溫度和融化潛熱變化較小，且是沒有規(guī)律的。在400次左右的熱循環(huán)范圍內(nèi)，這些脂肪酸具有較好的熱穩(wěn)定性，有作為潛熱儲存材料的應(yīng)用潛力。且此四種脂肪酸的融化溫度在30℃到60℃之間，適于用作綠色建筑材料及其他室溫范圍內(nèi)的潛熱儲存過程?？紤]到相變材料的使用時間可能更長，因此要測試以上脂肪酸長期作為潛熱儲存材料的穩(wěn)定性和可行性，需要更多次數(shù)的加速熱循環(huán)實驗來驗證。而Ahmet Sari在研究純度為工業(yè)級的月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸是發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過1200次熱循環(huán)后，這些脂肪酸的融化溫度均逐漸降低，降低最大值為6.78℃，并且，脂肪酸的融化溫度變寬了。這與上文實驗結(jié)果有所出入，可能是由于脂肪酸原材料的純度和產(chǎn)地不同造成的。因此，原料的選取對材料的性能有很大影響。

2.2012年1月20日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的黃富強(qiáng)等人申請了他們的最新專利：三維石墨烯/相變儲能復(fù)合材料及其制備方法。三維石墨烯/相變儲能復(fù)合材料的特征在于石墨烯與相變儲能材料原位復(fù)合，其中以具有三維結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯作為導(dǎo)熱體和復(fù)合模板，以固-液相變的有機(jī)材料作為儲能材料和填充劑?？梢圆捎眉婢咔婧推矫嫣攸c的泡沫金屬作為生長基體，利用CVD方法制備出具有三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的泡沫狀石墨烯材料。通過該方法制備的石墨烯材料完整的復(fù)制了泡沫金屬的結(jié)構(gòu)，石墨烯以無縫連接的方式構(gòu)成一個全連通的整體，具有優(yōu)異的電荷傳導(dǎo)能力，巨大的比表面積，孔隙率和極低密度。并且，這種方法可控性好，易于放大，通過改變工藝條件可以調(diào)控石墨烯的平均層數(shù)，石墨烯網(wǎng)絡(luò)的比表面積，密度和導(dǎo)電性。以金屬模板CVD法制備的三維石墨烯泡沫具有豐富的孔結(jié)構(gòu)特征，其比表面積高，孔壁孔腔高度連通，為基體材料提供可復(fù)合填充的空間。若將三維多孔石墨烯和相變材料復(fù)合，相變儲能材料被分隔在各個孔腔，與石墨烯壁緊密結(jié)合，有效熱接觸面積大幅度提高，高度連通的石墨烯三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)通道將快速實現(xiàn)系統(tǒng)換熱。另一方面多孔石墨烯的毛細(xì)吸附力將液態(tài)相變儲能材料局域化，可有效防止?jié)B透。

3.2012年6月來自于中國科學(xué)院能源轉(zhuǎn)換材料重點實驗室，上海硅酸鹽研究所的周雅娟，黃富強(qiáng)等人發(fā)表了一篇名為太陽能材料和太陽能電池的論文，這篇論文重點講解了他們最新研制出的一種由石墨烯三維氣凝膠（GA）和硬脂酸（OA）組成的相變材料。GA是通過石墨烯氧化物在熱水表面反應(yīng)制得，三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的空隙尺寸只有幾微米而且薄壁墻是石墨烯片層堆積而成，OA通過GA的毛細(xì)管力牽引下進(jìn)入到GA中。GA/OA復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性達(dá)到了2.635W/mk，是OA的14倍。GA/OA復(fù)合材料的短暫升溫和冷卻過程是在為熱能量存儲做準(zhǔn)備。GA是一種低密度材料因此在復(fù)合材料中僅占15%的比重，這種復(fù)合材料能夠大大減少或消除材料內(nèi)部的熱電阻，表現(xiàn)出一種高儲熱的能力，達(dá)到181.8J/g，與獨立的OA材料非常接近，研究中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)相變材料的熱儲存能力都較低，為了提高材料的熱傳遞能力，金屬泡沫添加劑進(jìn)入了專家們的視野，然而他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)金屬泡沫添加劑與原材料不兼容。經(jīng)過數(shù)次實驗得出的結(jié)論，石墨烯材料具有很好的熱穩(wěn)定性和熱傳遞能力，并且與原材料兼容。由石墨烯片層組成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在相變材料領(lǐng)域有著巨大的潛力。

4.來自于浙江杭州輻射研究所的邢芳，李悟凡等人發(fā)表了關(guān)于烷烴類相變材料的文章。烷烴及其混合物由于自身的中低溫度熱能量儲存能力已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于相變材料中。在這些烷烴中，熔化溫度為37度的二十烷已經(jīng)出現(xiàn)在諸如電子領(lǐng)域的基于能量儲存的被動熱管理技術(shù)中。為了提高二十烷的熱導(dǎo)性，將石墨烯納米片添加進(jìn)二十烷這個課題正在試驗中。這種復(fù)合相變材料是將石墨烯納米片均勻分布在液體的二十烷中。通過掃描量熱計測量它的熱融合和融化點，我們發(fā)現(xiàn)在10度的時候熱傳導(dǎo)能力整整增加了4倍，這表明石墨烯納米片相對于傳統(tǒng)的一些填充來說有著更好的表現(xiàn)。石墨烯納米片的兩維平面形態(tài)降低了熱表電阻，這也是為什么它效果這么好的原因。擴(kuò)大的石墨烯片層有著高導(dǎo)電性和低密度性，能有效地增強(qiáng)相變材料的熱性能。

5.同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的田勝力、張東、肖德炎等人利用多孔石墨的毛細(xì)管作用吸附硬脂酸丁酯制成了一種定形相變材料的相變溫度、相變潛熱和熱穩(wěn)定性，得出硬脂酸丁酯含量的臨界值。研究表明，硬脂酸丁酯與納米多孔石墨形成的定形相變材料相變溫度合適、相變潛熱較大、熱穩(wěn)定性好，是適合于在建筑墻體中使用的相變材料。對不同含量的硬脂酸丁酯/多孔石墨復(fù)合材料利用差熱掃描儀進(jìn)行DSC測試顯示，相變復(fù)合材料的峰值溫度為26℃，與純硬脂酸丁酯的熔點相同，即定形相變材料的熔點不變，為硬脂酸丁酯的熔點。定形材料的潛熱隨硬脂酸丁酯含量的變化而變化，硬脂酸丁酯含量越高，定形相變材料的相變潛熱越大，近似呈線性關(guān)系。此定形相變材料的蓄熱性能、均勻性和熱穩(wěn)定性好，具有較大的相變潛熱，其相變溫度在26℃，適合做室溫相變材料，有助于建筑節(jié)能。此定形相變材料中硬脂酸丁酯的含量又一個滲出臨界值，當(dāng)硬脂酸丁酯質(zhì)量含量達(dá)到90%時，有細(xì)微滲出，使用時建議把含量控制在85%以內(nèi)。這種定形相變材料在經(jīng)過多次熱循環(huán)之后其相變潛熱變化較小，具有良好的熱穩(wěn)定性。因此，硬脂酸丁酯/多孔石墨相變材料是較好的可應(yīng)用于建筑墻體的相變材料。

6.2013年，新鄉(xiāng)學(xué)院能源與燃料研究所的周建偉等人以氧化石墨烯為基質(zhì)、硬脂酸為儲熱介質(zhì)用液相插層法成功制備了硬脂酸/氧化石墨烯相變復(fù)合材料。其中以氧化石墨烯維持材料的形狀、力學(xué)性能，把硬脂酸嵌在片層結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯基質(zhì)中，通過相變吸收和釋放能量，提高其儲熱、導(dǎo)熱性能和循環(huán)性能。該相變材料具有適宜的相變溫度和較高的相變潛熱，相變材料與基質(zhì)具有較好的相容性，在相變過程中沒有液體泄漏現(xiàn)象，復(fù)合相變儲熱材料儲/放熱時間比硬脂酸減少，且熱穩(wěn)定性良好。實驗表明，硬脂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的硬脂酸/氧化石墨烯復(fù)合相變材料的相變溫度為67.9℃，相變潛熱為289.2J/g。經(jīng)過連續(xù)冷熱循環(huán)試驗發(fā)現(xiàn)，復(fù)合相變材料的儲熱/放熱時間比純硬脂酸縮短，相變溫度和相變潛熱變化較小，表明硬脂酸/氧化石墨烯復(fù)合相變材料具有良好的熱穩(wěn)定性和兼容性。因此，通過此方法一方面將硬脂酸局限在片層結(jié)構(gòu)中，解決了相變過程中的滲出泄露問題；另一方面，利用氧化石墨烯良好的熱傳導(dǎo)性提高復(fù)合相變材料的傳熱效率，彌補(bǔ)了硬脂酸在導(dǎo)熱、換熱方面的缺陷。

7.2013年10月12日到10月16日，在上海舉辦的中國高分子學(xué)術(shù)論文報告會上，四川大學(xué)高分子材料科學(xué)與工程學(xué)院亓國強(qiáng)等人提出了他們的最新成果：聚乙二醇/氧化石墨烯定型相變儲能材料的制備與性能研究，研究發(fā)現(xiàn)聚乙二醇（PEG）是一種性能優(yōu)良的固-液相變儲能材料。相變過程中會發(fā)生熔體流動泄露，故需要對其進(jìn)行封裝，但封裝又會降低其熱導(dǎo)率，影響工作效率，增加成本。因而加入另一種物質(zhì)作為支撐定型材料，制備復(fù)合定型相變材料成為另一種選擇。但通常過高的添加量會嚴(yán)重影響材料的儲能性能。于是通過向 PEG 中加入氧化石墨烯（GO）作為定型支撐材料，用溶液共混法在 GO 含量僅為 8%時成功制備了 PEG/GO 定型相變儲能材料。該材料在超過熔點一倍時仍保持形狀穩(wěn)定。GO 的加入對相變材料熔點基本沒有影響，但在低含量下促進(jìn)結(jié)晶，當(dāng)含量高于 4wt%時阻礙結(jié)晶的進(jìn)行。相變潛熱隨 GO 含量的提升有所下降，但在能維持材料定型的最低含量（8wt%）時，仍高達(dá) 135 J/g，可以有效應(yīng)用于儲能領(lǐng)域。該材料在經(jīng)歷 200 次升降溫循環(huán)后，相變溫度和相變潛熱變化不大，較穩(wěn)定，具有良好的可重復(fù)使用性。

8.遠(yuǎn)在大洋彼岸，來自于加州大學(xué)河濱分校，加利福尼亞大學(xué)的Pradyumna Goli, Stanislav Legedza, Aditya Dhar 等人一直在進(jìn)行關(guān)于鋰電池的研究。鋰電池在在移動通訊和交通動力中扮演著重要角色，但是由于其自身的自加熱作用使得使用壽命大大縮短，為了解決這一問題，學(xué)者們經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)鋰電池的可靠性通過將石墨烯作為填充材料能夠大大的改善。傳統(tǒng)的熱管理電池由于其相位只在一個很小的溫度范圍內(nèi)變化，減小了電池內(nèi)溫度的上升，故只能依賴于潛在的儲熱能。而將石墨烯摻入碳?xì)浠衔锵嘧儾牧现锌梢詫⑵鋵?dǎo)電能力提高到原來的兩個數(shù)量級倍，同時還保持潛儲熱能力。顯熱-潛熱相結(jié)合的熱傳導(dǎo)組合能夠大大地減少鋰電池內(nèi)部溫度的上升。儲熱-熱傳導(dǎo)的方法即將在鋰電池和其他類型電池的熱管理領(lǐng)域引領(lǐng)一場變革。

9.2008年4月24日來自于首爾崇實大學(xué)工學(xué)院建筑系的Sumin Kim a, Lawrence T.Drzal b等人研制出了一種具有高導(dǎo)電性和高儲熱能力的相變材料。使用剝離的石墨烯納米片，石墨烯相變材料可以提高在液晶中的高導(dǎo)電性，熱穩(wěn)定性以及潛儲熱能力。在掃描電子顯微鏡顯示下，石墨烯相變材料均勻分布在液晶中，而良好的均勻分布意味著高導(dǎo)電能力。石墨烯復(fù)合相變材料的熱穩(wěn)定能力在石墨烯內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幫助下得到提升。而且，由于相變材料的電熱穩(wěn)定性，石墨烯復(fù)合相變材料具備了可持續(xù)再生能力。石墨烯相變復(fù)合材料在差示掃描熱量法的熱曲線中有兩個峰，第一次在固-固過渡階段，溫度較低，峰顯示為35.1度；第二次是固-液相變階段時溫度較高，峰顯示為55.1度。石墨烯可以在保有其潛儲熱能力的情況下提高材料的熱穩(wěn)定性。相變材料具有高儲熱，低成本，無毒和無腐蝕性等特點而具有美好的前景。最近，一些無機(jī)，有機(jī)以及它們的混合物正在被應(yīng)用于相變材料中，成為熱門的研究課題。

10.Fazel Yavari等人在2011年也就石墨烯作為改性添加劑改良十八醇相變材料在《Physical chemistry》上發(fā)表了文章。和很多有機(jī)相變材料一樣，十八醇也具有熱導(dǎo)率低，換熱性能差，以及存在泄漏問題等缺點。Fazel Yavari等人的研究表明，由于石墨烯低密度、高導(dǎo)熱的特點，添加很低含量的石墨烯，就可以達(dá)到顯著提高熱導(dǎo)率、改良十八醇的目的。然而由于部分相變材料分子被限制在石墨烯層間空隙中，在工作溫度范圍并沒有發(fā)生相變，從而使加入石墨烯后的復(fù)合材料的相變焓低于原相變材料，造成儲熱能力的損失。實驗中，當(dāng)石墨烯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）達(dá)到4%時，材料的熱導(dǎo)率增加到原來的2.5倍，此時其相變焓只降低了15.4%。而如果用銀納米線代替石墨烯，要達(dá)到同等的熱導(dǎo)率，需要使其含量達(dá)到45%，并帶來高達(dá)50%的相變焓損失。綜合實驗表明，相比于其它微型添加材料，石墨烯能在不造成明顯儲熱損失的前提下明顯改良有機(jī)相變材料的熱性能，為通過潛熱的儲存/釋放實現(xiàn)熱管理和熱保護(hù)提供了新的可行性方案。

11.Jia-Nan Shi ,Ming-Der Ger等人2013年在期刊《CARBON》上發(fā)表文章，闡述了有關(guān)石墨烯提高石蠟導(dǎo)熱系數(shù)的研究成果。實驗另辟蹊徑，對比了剝離石墨薄片和石墨烯作為改性添加劑對于石蠟相變材料的不同影響。實驗結(jié)果表明，剝離石墨薄片帶來的熱導(dǎo)率增量更高，石墨含量為10%的石蠟/石墨薄片復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為純石蠟的十余倍。石墨烯表現(xiàn)出了極好的導(dǎo)電性，石蠟/石墨烯的電導(dǎo)率要遠(yuǎn)高于石蠟/石墨薄片，但是其熱導(dǎo)率的增量比石墨薄片小。原因在于，雖然單層石墨烯熱導(dǎo)率極高，但是石墨烯片層間微小空隙內(nèi)存在的大量界面嚴(yán)重阻礙了熱傳導(dǎo)。同時，實驗也發(fā)現(xiàn)，石墨烯在定形方面的作用要遠(yuǎn)過于石墨薄片。石墨含量2%的石蠟/石墨烯相變復(fù)合材料中，石蠟?zāi)茉?85.2℃高溫下保持形態(tài)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了石蠟相變的溫度范圍。而石蠟/石墨薄片復(fù)合材料中石蠟只能保持形態(tài)到67.0℃。少量的石墨烯和剝離石墨薄片都能作為低成本、高效率的改性添加劑應(yīng)用于石蠟相變材料的導(dǎo)熱和定形方面的改良。

12.馬來西亞的Mohammad Mehrali等人對石蠟/石墨烯相變復(fù)合材料進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和測試。該項目應(yīng)用了SEM、FT-IR、TGA、DSC等設(shè)備對制得的石蠟/石墨烯復(fù)合材料的材料特性和熱學(xué)性能進(jìn)行了測試和分析。所測試的石蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48.3%的樣品在相變過程中無泄漏現(xiàn)象發(fā)生，為定形相變材料。SEM圖像顯示石蠟嵌入了石墨烯片層間的孔隙。FT-IR分析結(jié)果顯示石蠟與石墨烯之間沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。試驗進(jìn)行了2500次熔化/凝固熱循環(huán)檢測來確認(rèn)其熱可靠性和化學(xué)穩(wěn)定性。TGA測試結(jié)果顯示，氧化石墨烯增強(qiáng)了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。該相變復(fù)合材料的熱導(dǎo)率從0.305(W/mk)顯著提升到0.985(W/mk)。測試結(jié)果表明，石蠟/氧化石墨烯復(fù)合材料具有良好的熱學(xué)性能、熱可靠性、化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性，很適合做熱管理和熱儲存材料。總結(jié)：

相變儲能材料，通過材料相變時吸收或釋放大量熱量實現(xiàn)能量的儲存和利用，以其巨大的相變潛熱，在未來的能源利用和熱管理領(lǐng)域具有很廣泛的開發(fā)和應(yīng)用價值。而大多數(shù)相變材料存在的導(dǎo)熱率抵、換熱性能差、相變過程發(fā)生泄漏等缺陷使其很難直接被應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。因此，需要一種改性填充材料來增加相變材料的導(dǎo)熱換熱性能，同時需要對相變材料進(jìn)行定形和封裝。而石墨烯材料的發(fā)現(xiàn)和研究成果的公布，給相變材料的研究和應(yīng)用指明了道路。一方面，石墨烯的高導(dǎo)熱性能很好地改善了相變材料的熱性能，同時，其良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱學(xué)可靠性使其作為改性添加劑不與相變材料本體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；另一方面，低密度、高強(qiáng)度的石墨烯結(jié)構(gòu)能夠使復(fù)合材料在較低石墨烯含量下就達(dá)到所要求的定形效果，因此，相比其他改性添加劑，石墨烯對相變材料的相變溫度、相變潛熱和儲熱能力的減益效果要小得多。正是從這兩方面出發(fā)，石墨烯作為導(dǎo)熱定形的改性材料，在相變儲能材料領(lǐng)域得到廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。大量實驗采用了以相變材料作為工作物質(zhì)，通過其相變過程儲/放熱，同時以石墨烯作為載體基質(zhì)，增加材料導(dǎo)熱性能和不流動性的實驗思路進(jìn)行相變導(dǎo)熱材料的設(shè)計、制備和改良。相信隨著對石墨烯研究的深入和石墨烯制備工藝的進(jìn)步，石墨烯會以更突出的性能改良相變材料，從而獲得更有實踐和應(yīng)用價值的石墨烯/相變復(fù)合儲能材料，為能源可持續(xù)和熱管理領(lǐng)域帶來更大的發(fā)展，為人類創(chuàng)造出更科學(xué)、更環(huán)保、更舒適的生活環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

【1】田勝力, 張東, 肖德炎, 等.脂肪酸相變儲能材料熱循環(huán)行為的試驗研究[J].材料開發(fā)與應(yīng)用,2006,21(1):9—12.【2】亓國強(qiáng) 李亭 楊偉 謝邦互 楊鳴波 聚乙二醇/氧化石墨烯定型相變儲能材料的制備與性能研究 成都 四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院 2013 【3】Yajuan Zhong Mi Zhou Fuqiang Huang Tianquan Lin Dongyun Wan Solar Energy Materials and Solar Cells Beijing State Key Laboratory of Rare Earth Materials Chemistry and Applications, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, 2013 【4】Xin Fang,?,? Li-Wu Fan,*,?,? Qing Ding,?,? Xiao Wang,?,? Xiao-Li Yao,?,? Jian-Feng Hou,? Zi-Tao Yu,?,§Guan-Hua Cheng,∥ Ya-Cai Hu,? and Ke-Fa Cen§ Increased Thermal Conductivity of Eicosane-Based Composite PhaseChange Materials in the Presence of Graphene Nanoplatelets Zhejiang 2012 【5】田勝力, 張東, 肖德炎.硬脂酸丁酯/多孔石墨定形相變材料的實驗研究[J].節(jié)能,2005,11:5—6.【6】周建偉, 程玉良, 王儲備 等.硬脂酸/氧化石墨烯復(fù)合相變儲熱材料研究[J].化工新型材料,2013,41(6):47—49.【7】黃富強(qiáng) 仲亞娟 陳劍 萬冬云 畢輝 三維石墨烯/相變儲能復(fù)合材料及其制備方法 上海市長寧區(qū)定西路1295號 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所 2012 【8】Pradyumna Goli, Stanislav Legedza, Aditya Dhar, RubenSalgado, Jacqueline Renteria and Alexander A.Balandin??Graphene-Enhanced Hybrid PhaseChange Materials for ThermalManagement of Li-Ion Batteries USA Nano-Device Laboratory, Department of Electrical Engineering and Materials Scienceand Engineering Program, Bourns College of Engineering, University of California 2013

【9】Sumin Kim a,?, Lawrence T.Drzal b Solar Energy Materials & Solar Cells USA Department of Architecture, College of Engineering, Soongsil University, Seoul 156-743, Republic of Korea Composite Materials and Structures Center, College of Engineering, Michigan State University, East Lansing, 2008 【10】Fazel Yavari, Hafez Raeisi Fard, Kamyar Pashayi,etc.Enhanced Thermal Conductivity in a Nanostructured Phase Change Composite due to Low Concentration Graphene Additives[J].J.Phys.Chem.C 2011, 115, 8753–8758.【11】Jia-Nan Shi , Ming-Der Ger , Yih-Ming Liu.Improving the thermal conductivity and shape-stabilization of phase change materials using nanographite additives[J].CARBON,51(2013): 365—372.【12】Mohammad Mehrali, Sara Tahan Latibari, Mehdi Mehrali.Shape-stabilized phase change materials with high thermal conductivity based on paraffin/graphene oxide composite[J].Energy Conversion and Management,67(2013): 275—282.