第一篇：石墨烯性質(zhì)與應(yīng)用

石墨絮是絕緣體還是導(dǎo)體？

2007-03-18 09:11 紫月影夭兒 | 分類：學(xué)習(xí)幫助 | 瀏覽1906次| 該問題已經(jīng)合并到>>

提問者采納 2007-03-18 09:15 有一種稱為石墨炸彈的武器在戰(zhàn)時被用來破壞敵方的供電設(shè)施,這種炸彈不會造成人員傷亡,而是在空中爆炸時散布大量極細的石墨絮,這些石墨絮是 導(dǎo)體飄落到供電設(shè)備上,會造成 短路,從而使供電系統(tǒng)癱瘓評論(1)|贊同36

音速行 |八級采納率39%

擅長：青春期學(xué)習(xí)幫助

按默認排序|按時間排序

其他5條回答

2007-03-20 23:50dolphin027|二級

準確說石墨是禁帶寬度僅為0.08eV的半導(dǎo)體，表觀上具有金屬導(dǎo)電性，其根源在于其π電子的遷移率很高，但載流子濃度(電子濃度)不大。評論|贊同0 查看更多其他回答石墨的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)是多少

2007-05-17 15:21 shenzhen_he | 分類：學(xué)習(xí)幫助 | 瀏覽4880次

提問者采納 2007-05-17 15:32 石墨比熱 710 J/(kg·K)電導(dǎo)率 0.061×10-6/(米歐姆)熱導(dǎo)率 129 W/(m·K)石墨的兩種晶體結(jié)構(gòu)怎么分辨

2011-08-23 16:45 hubin821 | 分類：化學(xué) | 瀏覽1504次

石墨存在兩種晶體結(jié)構(gòu)：六方形結(jié)構(gòu)和菱形結(jié)構(gòu)，六方形結(jié)構(gòu)為ABABAB?堆積模型、菱形結(jié)構(gòu)為ABCABCABC?堆積模型，如下圖所示：（a）為六方形結(jié)構(gòu)，（b）為菱形結(jié)構(gòu)。

我手上現(xiàn)在有份天然石墨樣品，不知道怎么分辨是什么石墨，是鱗片石墨還是微晶石墨，或者說里面含多少六方的多少菱形的提問者采納 2011-08-30 08:45 只能用x射線衍射分析（XRD）才能知道含多少六方（六方晶系）的多少菱形（三方晶系，菱面體）。鱗片石墨是指材料的宏觀外形，肉眼可以判斷。微晶石墨說的是材料中的石墨以很小的晶粒雜亂無章地排列（晶粒內(nèi)部規(guī)則排列為六方形結(jié)構(gòu)或菱形結(jié)構(gòu)），晶粒的大小同樣可以用x射線衍射分析測定。x射線衍射儀在一般的省會城市中的比較有名的理工科大學(xué)都有，可聯(lián)系其分析測試中心或材料或化學(xué)院、系、所。（官網(wǎng)上查聯(lián)系方式），一個樣品費用100元左右。提問者評價謝謝 評論|贊同1 caoyuannust |十四級采納率82%

擅長：物理學(xué)化學(xué)教育/科學(xué)理工學(xué)科

按默認排序|按時間排序

其他1條回答

2011-08-25 17:401257721|四級

你應(yīng)該問的是石墨和金剛石的區(qū)別。石墨與金剛石都是碳單質(zhì)，且為同素異形體，區(qū)別在于原子的排布形式不同。碳有三種同素異形體，即金剛石、石墨和無定形碳。無定形碳有炭黑、木炭、焦炭、骨炭、活性炭等。統(tǒng)稱黑碳。這三種同素異形體的物理性質(zhì)差別很大。但在氧氣里燃燒后的產(chǎn)物都是二氧化碳。1.金剛石的晶體結(jié)構(gòu)金剛石是典型的原子晶體，在這種晶體中的基本結(jié)構(gòu)粒子是碳原子。每個碳原子都以sp3雜化軌道與四個碳原子形成共價單鍵，鍵長為1.55×10-10 m，鍵角為109°28′，構(gòu)成正四面體。每個碳原子位于正四面體的中心，周圍四個碳原子位于四個頂點上，在空間構(gòu)成連續(xù)的、堅固的骨架結(jié)構(gòu)。因此，可以把整個晶體看成一個巨大的分子。由于C—C鍵的鍵能大(為347 kJ/mol)，價電子都參與了共價鍵的形成，使得晶體中沒有自由電子，所以金剛石是自然界中最堅硬的固體，熔點高達3 550 ℃，并且不導(dǎo)電。2.石墨的晶體結(jié)構(gòu)石墨晶體是屬于混合鍵型的晶體。石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子以σ鍵結(jié)合，形成正六角形蜂巢狀的平面層狀結(jié)構(gòu)，而每個碳原子還有一個2p軌道，其中有一個2p電子。這些p軌道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2雜化軌道構(gòu)成的平面，形成了大π鍵。因而這些π電子可以在整個碳原子平面上活動，類似金屬鍵的性質(zhì)。而平面結(jié)構(gòu)的層與層之間則依靠分子間作用力(范德華力)結(jié)合起來，形成石墨晶體.石墨有金屬光澤，在層平面方向有很好的導(dǎo)電性質(zhì)。由于層間的分子間作用力弱，因此石墨晶體的層與層之間容易滑動，工業(yè)上用石墨作固體潤滑劑。3.無定形碳所謂無定形碳是指其內(nèi)部結(jié)構(gòu)而言。實際上它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不是真正的無定形體，而是具有和石墨一樣結(jié)構(gòu)的晶體，只是由碳原子六角形環(huán)狀平面形成的層狀結(jié)構(gòu)零亂而不規(guī)則，晶體形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量雜質(zhì)。無定形碳包括： 炭黑 木炭 焦炭 活性炭 骨炭 糖炭無定形碳跟少量砂子、氧化鐵催化劑混合，在約3500℃中加熱，使產(chǎn)生的碳蒸氣凝聚，可得人造石墨。而跟中子數(shù)無關(guān)，原子的質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同時，叫作同位數(shù)。自然界中碳元素有三種同位素，即穩(wěn)定同位素12C、13C和放射性同位素14C，14C的半衰期為5730年，14C的應(yīng)用主要有兩個方面：一是在考古學(xué)中測定生物死亡年代，即放射性測年法；二是以14C標記化合物為示蹤劑，探索化學(xué)和生命科學(xué)中的微觀運動。我是做化學(xué)的，希望對你有幫助。以后不懂的還可以找我。鱗片狀石墨 性質(zhì)：呈鱗片狀、薄葉片狀晶質(zhì)的石墨，大小一般為(1.0～2.0)×(0.5～1.0)mm，最大4～5mm，片厚0.02～0.05mm。鱗片愈大，經(jīng)濟價值愈高。多呈浸染狀、片麻狀分布于巖石中。具有明顯的定向排列。與層面方向一致。石墨含量一般為3％～10％，最高20％以上，常與古老變質(zhì)巖(片巖、片麻巖)中石英，長石，透輝石等礦物共生，在火成巖與石灰?guī)r接觸帶也可見到。鱗片狀石墨具層狀結(jié)構(gòu)，其潤滑性，柔韌性，耐熱性和導(dǎo)電性能均比其他石墨好。主要用作制取高純石墨制品的原料。土狀石墨 土狀石墨又稱非晶質(zhì)石墨或隱品質(zhì)石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見到晶形。此類石墨的特點是表面呈土狀，缺乏光澤，潤滑性也差。品位較高。一般的60～80％。少數(shù)高達90％以上。礦石可選性較差。評論|贊同0 其他類似問題

石墨烯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)問題

2010-12-18 22:09 zzk314 | 分類：工程技術(shù)科學(xué) | 瀏覽3397次

石墨烯是正六邊形的嗎?它的π電子是共軛的嗎?是像石墨一樣的共軛的嗎?? 一定要準確,不懂的少裝

提問者采納 2010-12-19 10:26 石墨烯是六邊形的，它的π電子是共軛的，但不像石墨一樣共軛的。

它不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。石墨烯在原子尺度上結(jié)構(gòu)非常特殊，必須用相對論量子物理學(xué)(relativistic quantum physics)才能描繪。

石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。提問者評價謝謝 評論(1)|贊同6 石墨烯是一種什么物質(zhì)？

2012-06-03 08:31 似痛心的愛 | 來自手機知道 | 分類：化學(xué) | 瀏覽124次

物質(zhì)種類、用途、定義，是否環(huán)保 我有更好的答案

按默認排序|按時間排序

3條回答

2012-06-03 08:37張勇內(nèi)蒙古伊東|二級

石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu), 它可以翹曲成零維(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一維(1D)的碳納米管(carbon nano-tube, CNT)或者堆垛成三維(3D)的石墨(graphite), 因此石墨烯是構(gòu)成其他石墨材料的基本單元。是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。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[1]。

石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。室溫下石墨烯具有10倍于商用硅片的高載流子遷移率(約10 am /V·s)，并且受溫度和摻雜效應(yīng)的影響很小，表現(xiàn)出室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性(300 K下可達0.3 m)，這是石墨烯作為納電子器件最突出的優(yōu)勢，使電子工程領(lǐng)域極具吸引力的室溫彈道場效應(yīng)管成為可能。石墨烯還可以應(yīng)用于晶體管、觸摸屏、基因測序等領(lǐng)域，同時有望幫助物理學(xué)家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域取得新突破。

石墨烯的合成方法主要有兩種：機械方法和化學(xué)方法。機械方法包括微機械分離法、取向附生法和加熱SiC的方法 ； 化學(xué)方法是化學(xué)還原法與化學(xué)解理法。評論|贊同0 2012-06-03 08:32xi10539093|四級

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。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[1]。石墨烯一直被認為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨穩(wěn)定存在[1]，直至2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎[2]。

石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料[3]，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光“[4]；導(dǎo)熱系數(shù)高達5300 W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率*超過15000 cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體*高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料[1]。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

石墨烯另一個特性，是能夠在常溫下觀察到量子霍爾效應(yīng)。

石墨烯的碳原子排列與石墨的單原子層雷同，是碳原子以sp2混成軌域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列構(gòu)成的單層二維晶體。石墨烯可想像為由碳原子和其共價鍵所形成的原子尺寸網(wǎng)。石墨烯的命名來自英文的graphite(石墨)+-ene(烯類結(jié)尾)。石墨烯被認為是平面多環(huán)芳香烴原子晶體。

石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，碳碳鍵（carbon-carbon bond）僅為1.42?。石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當施加外力于石墨烯時，碳原子面會彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，從而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性。另外，石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯內(nèi)部電子受到的干擾也非常小。

石墨烯是構(gòu)成下列碳同素異形體的基本單元：石墨，木炭，碳納米管和富勒烯。完美的石墨烯是二維的，它只包括六邊形(等角六邊形);如果有五邊形和七邊形存在，則會構(gòu)成石墨烯的缺陷。12個五角形石墨烯會共同形成富勒烯。

石墨烯卷成圓桶形可以用為碳納米管；另外石墨烯還被做成彈道晶體管（ballistic transistor）并且吸引了大批科學(xué)家的興趣。在2006年3月，佐治亞理工學(xué)院研究員宣布, 他們成功地制造了石墨烯平面場效應(yīng)晶體管，并觀測到了量子干涉效應(yīng)，并基于此結(jié)果，研究出以石墨烯為基材的電路.石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮。它是已知材料中最薄的一種，質(zhì)料非常牢固堅硬，在室溫狀況，傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。石墨烯的原子尺寸結(jié)構(gòu)非常特殊，必須用量子場論才能描繪。

石墨烯是一種二維晶體，最大的特性是其中電子的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導(dǎo)體中的運動速度。這使得石墨烯中的電子，或更準確地，應(yīng)稱為“載荷子”(electric charge carrier)，的性質(zhì)和相對論性的中微子非常相似。人們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當把石墨片剝成單層之后，這種只有一個碳原子厚度的單層就是石墨烯。[1]發(fā)展簡史。第一：石墨烯是迄今為止世界上強度最大的材料，據(jù)測算如果用石墨烯制成厚度相當于普通食品塑料包裝袋厚度的薄膜（厚度約100 納米），那么它將能承受大約兩噸重物品的壓力，而不至于斷裂；第二：石墨烯是世界上導(dǎo)電性最好的材料，電子在其中的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導(dǎo)體中的運動速度。石墨烯的應(yīng)用范圍廣闊。根據(jù)石墨烯超薄，強度超大的特性，石墨烯可被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，比如超輕防彈衣，超薄超輕型飛機材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導(dǎo)電性，使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。石墨烯有可能會成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機，碳元素更高的電子遷移率可以使未來的計算機獲得更高的速度。另外石墨烯材料還是一種優(yōu)良的改性劑，在新能源領(lǐng)域如超級電容器、鋰離子電池方面，由于其高傳導(dǎo)性、高比表面積，可適用于作為電極材料助劑 石墨烯出現(xiàn)在實驗室中是在2004年，當時，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，經(jīng)過5年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，將石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時不遠了。因此，兩人在2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

石墨烯的出現(xiàn)在科學(xué)界激起了巨大的波瀾，人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體，例如硅和銅遠沒有石墨烯表現(xiàn)得好。由于電子和原子的碰撞，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體用熱的形式釋放了一些能量，目前一般的電腦芯片以這種方式浪費了70%-80%的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗，這使它具有了非同尋常的優(yōu)良特性評論|贊同0 查看被隱藏回答2012-12-26 18:411079235453|五級 石墨烯硬度大，導(dǎo)電性能好，有韌性，可彎曲評論|贊同0 其他類似問題 石墨烯奇異物理性質(zhì)有哪些?

2012-05-27 08:45 西門吹吹風(fēng)1 | 分類：化學(xué) | 瀏覽509次

提問者采納 2012-05-27 12:59 石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光”；導(dǎo)熱系數(shù)高達5300 W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率*超過15000 cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體*高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

石墨烯另一個特性，是能夠在常溫下觀察到量子霍爾效應(yīng)。第一：石墨烯是迄今為止世界上強度最大的材料，據(jù)測算如果用石墨烯制成厚度相當于普通食品塑料包裝袋厚度的薄膜（厚度約100 納米），那么它將能承受大約兩噸重物品的壓力，而不至于斷裂；第二：石墨烯是世界上導(dǎo)電性最好的材料，電子在其中的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導(dǎo)體中的運動速度。石墨烯的應(yīng)用范圍廣闊。根據(jù)石墨烯超薄，強度超大的特性，石墨烯可被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，比如超輕防彈衣，超薄超輕型飛機材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導(dǎo)電性，使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。石墨烯有可能會成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機，碳元素更高的電子遷移率可以使未來的計算機獲得更高的速度。另外石墨烯材料還是一種優(yōu)良的改性劑，在新能源領(lǐng)域如超級電容器、鋰離子電池方面，由于其高傳導(dǎo)性、高比表面積，可適用于作為電極材料助劑提問者評價太感謝了，真心有用 評論|贊同1

我i國足 |來自團隊心系數(shù)學(xué) |五級采納率40%

擅長：生活常識物理學(xué)哲學(xué)數(shù)學(xué)常見軟件 按默認排序|按時間排序

其他2條回答

2012-05-30 14:07chocolate02091|二級

石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"；導(dǎo)熱系數(shù)高達5300 W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率*超過15000 cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體*高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。評論|贊同0 查看被隱藏回答2012-08-23 18:54li996166749|二級 由碳元素組成評論|贊同0 其他類似問石墨棒導(dǎo)熱性能怎么樣？

第二篇：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、負電子的特征，有很強的韌性、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，各地政府和有關(guān)機構(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，通過補貼、配套、獎勵、跟進投資、股權(quán)投資等方式，進一步扶持石墨烯產(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。

推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

第三篇：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。第三是認為目前的大面積石墨烯的應(yīng)用實例存在相當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。

第四篇：石墨烯研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

石墨烯材料研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

崔志強

（重慶文理學(xué)院材料與化工學(xué)院，重慶

永川

402160）

摘要：近幾年來, 石墨烯材料以其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能, 在化學(xué)、物理和材料學(xué)界引起了轟動。本文引用大量最新的參考文獻,闡述了石墨烯的制備方法如機械剝離法、取向附生法、加熱 SiC 法、爆炸法、石墨插層法、熱膨脹剝離法、電化學(xué)法、化學(xué)氣相沉積法、氧化石墨還原法、球磨法等，分析了各種制備方法的優(yōu)缺點。論述了石墨烯材料在透明電極、傳感器、超級電容器、能源儲存、復(fù)合材料等方面的應(yīng)用，同時簡要分析了石墨烯材料研究的現(xiàn)實意義，展望了其未來的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：石墨烯材料；制備方法；現(xiàn)實意義；發(fā)展現(xiàn)狀；應(yīng)用前景 中圖分類號: TQ323

文獻標識碼:A

文章編號:

Research status and application prospect of graphene materials

Cui Zhiqiang(Faculty of materials and chemical engineering, Chongqing Academy of Arts and Sciences, Yongchuan, Chongqing 402160)Abstract: In recent years, graphene has caused a sensation in chemical, physical and material science due to its unique structure and excellent properties.Cited in this paper a large number of the latest references, expounds the graphene preparation methods such as layer method, thermal mechanical stripping method, orientation epiphytic method, heating SiC method, explosion, graphite intercalation expansion stripping method, electrochemical method, chemical vapor phase deposition method, graphite oxide reduction method, ball milling method, and analyze the advantages and disadvantages of various preparation methods.This paper discusses the application of graphene materials in transparent electrodes, sensors, super capacitors, energy storage and composite materials, and briefly analyzes the practical significance of the study of graphene materials, and gives a prospect of its future development.Keywords: graphene materials;preparation methods;practical significance;development status;application prospect

0 引言

1985 年英美科學(xué)家發(fā)現(xiàn)富勒烯和1991 年日本物理學(xué)家Iijima 發(fā)現(xiàn)碳納米管，加之英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家于2004 年成功制備石墨烯之后，金剛石（三維）、石墨（三維）、石墨烯（二維）、碳納米管（一維）和富勒烯（零維）組成了一個完整的碳系材料“家族”。從理論上說，石墨烯是除金剛石外所有碳晶體的基本結(jié)構(gòu)單元，如果從石墨烯上“剪”出不同形狀的薄片，進一步就可以包覆成零維的富勒烯，卷曲成一維的碳納米管，堆疊成三維的石墨，如圖1 所示。由于石墨烯優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)性能，近年來各國科研人員對其的研究日益增長，已經(jīng)是材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點之一。2010 年諾貝爾物理學(xué)獎揭曉[5-6]

[4]

[3]

[1]

[2]之后，人們對石墨烯的研究和關(guān)注越來越多，新的發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)。在不斷深入研究石墨烯的制備方法和性質(zhì)的過程中，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大。由于石墨烯缺乏帶隙以及在室溫下的超高電子遷移率、低于銀銅的電阻率、高熱導(dǎo)率等，在光電晶體管、生化傳感器、電池電極材料和復(fù)合材料方面有著很高[7]的應(yīng)用價值；由于它很低的電阻率和極大的載流子遷移率，人們很快發(fā)現(xiàn)了石墨烯在光電探測領(lǐng)域的潛能，并且認為將會是很具發(fā)展前途的材料之一。石墨烯材料的制備方法

1.1 石墨烯制備方法

目前，石墨烯的制備手段通常可以分為兩種類型，化學(xué)方法和物理方法。物理方法，是從具有高晶格完備性的石墨或者類似的材料來獲得，獲得的石墨烯尺度都在80 nm 以上。而化學(xué)方法是通過小分子的合成或溶液分離的方法制備的，得到石墨烯尺度在10 nm 以下。物理方法包括：機械剝離法、取向附生法、加熱 SiC 法、爆炸法；化學(xué)方法包括石墨插層法、熱膨脹剝離法、電化學(xué)法、化學(xué)氣相沉積法、氧化石墨還原法、球磨法。

這些制備方法有著各自的優(yōu)缺點，如機械剝離法簡單，可獲得高品質(zhì)的石墨烯，但重復(fù)性差、產(chǎn)量和產(chǎn)率很低;溶液液相剝離法制備過程簡單且未破壞石墨烯面內(nèi)原子結(jié)構(gòu)，但該法效率低，而且單片層和多層石墨烯共存，很難將單片層石墨烯分離出來;外延生長法可制備得到大面積的單層石墨烯，但是該方法制備條件苛刻，需要高溫和高真空，且石墨烯難從襯底上轉(zhuǎn)移出來;化學(xué)氣相沉積法制備的石墨烯具有較完整的晶體結(jié)構(gòu)，石墨烯面積大，在透明電極和電子設(shè)備等領(lǐng)域表現(xiàn)出很明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，但存在產(chǎn)量較低，成本偏高，石墨烯難轉(zhuǎn)移等缺點。

對比上述方法，還原氧化石墨烯法是指先將石墨在強酸和強氧化劑作用下進行氧化，制備氧化石墨烯(GO)，然后再還原除去含氧官能團制備石墨烯

［8］

盡管還原氧化石墨烯法制備的石墨烯不能完全消除含氧官能團，制備的石墨烯存在缺陷和導(dǎo)電性差等缺點，但是其宏量和廉價制備為其在聚合物復(fù)合材料等宏量應(yīng)用研究中提供了機會。1.2 石墨烯基復(fù)合材料的制備

由于薄層石墨烯片合成方法的潛力巨大、成本低廉，所以石墨烯片作為新興填料在石墨烯復(fù)合材料上會有廣泛的應(yīng)用。將石墨烯與無機物、聚合物等復(fù)合可以形成石墨烯復(fù)合材料。因為石墨烯具有獨特的優(yōu)異性能，能夠展示良好性能的石墨烯復(fù)合材料令人期待。Ｓ．Ｈ．Ｙｕ等

［9］

證實：在還原態(tài)石墨烯片上，通過在聚合醇中高溫分解前驅(qū)體乙酰丙酮鐵就可以成功合成磁性化還原態(tài)石墨烯。通過有效控制石墨烯片上的表面電荷密度和磁性納米顆粒的尺寸就可以調(diào)節(jié)復(fù)合材料的磁性，其獨特的性質(zhì)使其在磁共振成像或蛋白質(zhì)分離方面具有一定的應(yīng)用潛力。目前，石墨烯基復(fù)合材料的制備方法主要有化學(xué)耦合法、原位還原－萃取分散技術(shù)、共沉淀法、催化還原反應(yīng)

［10］

等。氧化石墨烯是結(jié)晶性高的石墨強力氧化后加水分解得到的化合物，與氟化石墨一樣可以歸類為有共價鍵的石墨層間化合物。氧化石墨烯片表面帶有大量親水性酸性官能團，具有良好的潤濕性能和表面活性，從而使其能在稀堿水和純水中分散，形成穩(wěn)定的膠狀懸浮液，這使得石墨烯與其他材料的復(fù)合形式多樣化。如Graeme等［11］將TiO2吸附在氧化石墨烯上通過紫外線輔助的催化還原合成了TiO2－石墨烯納米復(fù)合材［12］料；Nethravathi等通過氧化石墨烯與活性陰離子的復(fù)合，經(jīng)還原制備了石墨烯－無機物納米復(fù)合材料，說明氧化石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)使得石墨烯基復(fù)合材料的制備更容易以多樣化的過程實現(xiàn)。

石墨烯復(fù)合材料的制備是目前石墨烯研究中的一大熱點，因為雖然石墨烯本身的性能很好，但是與實際應(yīng)用還有較大的距離，許多研究者希望通過石墨烯的復(fù)合達到在電學(xué)、電化學(xué)等領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的目的。石墨烯材料的應(yīng)用研究

2.1 透明電極

工業(yè)上已經(jīng)商業(yè)化的透明薄膜材料是氧化銦錫(ITO), 由于銦元素在地球上的含量有限, 價格昂貴,尤其是毒性很大, 使它的應(yīng)用受到限制。作為炭質(zhì)材料的新星, 石墨烯由于擁有低維度和在低密度的條件下能形成滲透電導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的特點被認為是氧化銦錫的替代材料, 石墨烯以制備工藝簡單、成本低的優(yōu)點為其商業(yè)化鋪平了道路。Mullen 研究組通過浸漬涂布法沉積被熱退火還原的石墨烯, 薄膜電阻為900 , 透光率為70% , 薄膜被做成了染料太陽能電池的正極, 太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率為0.26%。2009 年, 該研究組采用乙炔做還原氣和碳源, 采用高溫還原方法制備了高電導(dǎo)率(1425S/ cm)的石墨烯,為石墨烯作為導(dǎo)電玻璃的替代材料提供了可能。

2.2 傳感器

電化學(xué)生物傳感器技術(shù)結(jié)合了信息技術(shù)和生物技術(shù), 涉及化學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)和電子學(xué)等交叉學(xué)科。石墨烯出現(xiàn)以后, 研究者發(fā)現(xiàn)石墨烯為電子傳輸提供了二維環(huán)境和在邊緣部分快速多相電子轉(zhuǎn)移, 這使它成為電化學(xué)生物傳感器的理想材料。Chen 等采用低溫?zé)嵬嘶鸬姆椒ㄖ苽涞氖┳鳛閭鞲衅鞯碾姌O材料, 在室溫下可以檢測到低濃度NO2 , 作者認為如果進一步提高石墨烯的質(zhì)量, 則會提高傳感器對氣體檢測的靈敏度。石墨烯在傳感器方面表現(xiàn)出不同于其它材料的潛能, 使越來越多的醫(yī)學(xué)家關(guān)注它, 目前石墨烯還被用于醫(yī)學(xué)上檢測多巴胺、葡萄糖等。2.3 超級電容器

超級電容器是一個高效儲存和傳遞能量的體系, 它具有功率密度大, 容量大, 使用壽命長, 經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點, 被廣泛應(yīng)用于各種電源供應(yīng)場所。石墨烯擁有高的比表面積和高的電導(dǎo)率, 不像多孔碳材料電極要依賴孔的分布, 這使它成為最有潛力的電極材料。Chen 等

[ 13]

以石墨烯為電極材料制備的超級電容器功率密度為10kW/ kg , 能量密度為28.5Wh/ kg , 最大比電容為205F/ g, 而且經(jīng)過1200次循環(huán)充放電測試后還保留90% 的比電容, 擁有較長的循環(huán)壽命。石墨烯在超級電容器方面的潛在應(yīng)用受到更多的研究者關(guān)注。2.4 能源存儲

眾所周知, 材料吸附氫氣量和其比表面積成正比, 石墨烯擁有質(zhì)量輕、高化學(xué)穩(wěn)定性和高比表面積的優(yōu)點, 使其成為儲氫材料的最佳候選者。希臘大學(xué)Fro udakis 等設(shè)計了新型3D 碳材料, 孔徑尺寸可調(diào), 他們將其稱為石墨烯柱。當這種新型碳材料摻雜了鋰原子時, 石墨烯柱的儲氫量可達到6.1%(w t)。Ataca 等用鈣原子(Ca)摻雜石墨烯, 利用第一性原理和從頭算起的方法得到石墨烯被Ca 原子摻雜后儲氫量約為8.4%(w t);他們還發(fā)現(xiàn)氫分子的鍵能適合在室溫下吸/ 放氫, Ca 會留在石墨烯表面, 有利于循環(huán)使用。Ataca 的研究結(jié)果又一次推動石墨烯儲氫向前邁進一步。2.5 復(fù)合材料

石墨烯獨特的物理、化學(xué)和機械性能為復(fù)合材料的開發(fā)提供了原動力, 可望開辟諸多新穎的應(yīng)用領(lǐng)域, 諸如新型導(dǎo)電高分子材料、多功能聚合物復(fù)合材料和高強度多孔陶瓷材料等。Fan 等

[14]

利用石墨烯的高比表面積和高的電子遷移率, 制備了以石墨烯為支撐材料的聚苯胺石墨烯復(fù)合物, 該復(fù)合物擁有高的比電容(1046F/ g)遠遠大于純聚苯胺的比電容115F/ g。石墨烯的加入提高了復(fù)合材料的多功能性和復(fù)合材料的加工性能等, 為復(fù)合材料提供了更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。圖3 對比了幾種納米填料對橡膠增強效率，可以看到石墨烯具有更顯著的增強效果

[15]

。展望

石墨烯自2004年以穩(wěn)定的形態(tài)出現(xiàn)以來，因其獨特的性能和二維納米結(jié)構(gòu)受到科學(xué)界的普遍關(guān)注。無論在理論還是實驗研究方面，石墨烯都展示出重大的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。近年來，石墨烯的研究不斷取得重要進展，在石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的結(jié)構(gòu)、性能、制備等方面也已經(jīng)取得了很多的研究成果，但也存在不少問題。由于制作大面積石墨烯薄膜時會混入雜質(zhì)，產(chǎn)生缺陷，因此大多數(shù)以石墨烯薄膜為器件的導(dǎo)電性及透明性都未達到ITO的水平。為了使石墨烯透明導(dǎo)電薄膜達到實際應(yīng)用水平，還需要繼續(xù)探索透明導(dǎo)電薄膜的制備方法以實現(xiàn)大面積化及量產(chǎn)化；開發(fā)有效的摻雜技術(shù)以使石墨烯薄膜具有理想的載流子密度；研究更有效的還原與結(jié)構(gòu)修復(fù)方法以制備不含缺陷及雜質(zhì)的高品質(zhì)石墨烯薄膜。

理論上看，石墨烯是一種理想的太陽電池透明電極材料。然而，目前以石墨烯作透明電極的太陽電池光電轉(zhuǎn)化效率都低于ITO/FTO基太陽電池。這是由于采用各種方法制備的石墨烯電阻較大，影響了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。所以石墨烯作透明電極的研究重點主要集中在如何采用合適的制備方法，獲得電性能、透光性、力學(xué)性能等綜合性能好的石墨烯。對石墨烯內(nèi)部的位錯、晶界、應(yīng)變等缺陷進行理論模擬計算，并用來指導(dǎo)實驗研究，最終通過控制位錯、晶界等缺陷的運動，使其性能得到有效控制，實現(xiàn)理論指導(dǎo)實驗、實驗驗證理論、理論與實驗緊密結(jié)合。這是獲得大面積、高性能石墨烯的新的著眼點。另外，石墨烯作透明電極時，也會與太陽電池其它部分直接接觸。在未來的研究中，制備高性能石墨烯的同時，也應(yīng)該關(guān)注太陽電池中石墨烯與其它部分的界面情況。

目前，關(guān)于石墨烯材料的制備和其在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究仍在如火如荼地進行。人們的研究主要集中于３個方面：一是石墨烯的低成本大規(guī)模制備的基礎(chǔ)研究，二是石墨烯基復(fù)合材料的制備與性能研究，三是石墨烯材料在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。隨著人們對石墨烯及其復(fù)合材料研究的深入以及制備方法的改進，石墨烯及其復(fù)合材料在電化學(xué)中的應(yīng)用將會得到更為廣泛的關(guān)注。以下幾方面研究較少，值得關(guān)注：(1)石墨烯在鋰離子電池正極材料研究方面（如石墨烯／磷酸亞鐵鋰）；(2)含氮或硼石墨烯在電化學(xué)中的應(yīng)用；(3)氧化石墨烯復(fù)合材料在燃料電池中的應(yīng)用；(4)氧化石墨烯復(fù)合材料在電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用。與碳納米管的發(fā)現(xiàn)與研究應(yīng)用過程類似，在今后的若干年里石墨烯的研究會越來越深入，其最終進入實際應(yīng)用階段是必然的。石墨烯材料是當今世界新材料科技發(fā)展的又一制高點，對其深入研究與開發(fā)將給許多領(lǐng)域的發(fā)展帶來巨大機會。

參考文獻

[1] 史永勝，李雪紅，寧青菊.石墨烯的制備及研究現(xiàn)狀.電子元件與材料[J],2010，8（8）:70-73 [2] 孫治華，朱申敏，張 荻.石墨烯基納米復(fù)合材料在光解水產(chǎn)氫中的應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報，2014,3（3）：30-33 [3] 趙建紅，宋立媛等.石墨烯在光電探測領(lǐng)域的研究進展[J].紅 外 技 術(shù),2014,8(8):608-611 [4] 章海霞，閆 輝等.石墨烯作太陽電池透明電極的研究進展[J].材料導(dǎo)報.2014,11(11):8-11 [5] NOVOSELOV K S，GEIM A K，MOROZOV S V，et al.Electric field effect in atomically thin carbon films [J].Science，2004，306（5696）：666-669.[6] 王學(xué)寶，李晉慶，羅運軍.高氯酸銨/石墨烯納米復(fù)合材料的制備及熱分解行為[J].火炸藥學(xué)報，2012，35（6）：76-80.[7] 沙金，謝林生，馬玉錄，等.氨基改性氧化石墨烯及其與環(huán)氧樹脂的復(fù)合[J].中國塑料，2011，25（8）：28-33.[8] BALANDIN A A，GHOSH S，BAOWZ，et al.Superior thermal conductivity of single-layer graphene[J].Nano Letters，2008，8（3）：902-907.[9] PACI J T，BELYTSCHKO T，SCHATZ G C.Computational studies of the structure，behavior upon heating，and mechanical properties of graphite oxide[J].The Journal of Physical Chemistry（C），2007，111（49）：18099-18111.[10] SZABO T，TOMBACZ E，ILLES E，et al.Enhanced acidity and pH-dependent surface charge characterization of successively oxidized graphite oxides[J].Carbon，2006，44（3）：537-545.[11] BERGERC，SONGZM，LIXB，et al.Electronic confinement and coherence in patterned epitaxial graphene[J].Science，2006，312（5777）：1191-1196.[12] Li D, Mull er M B, Gilje S , et al.Proces sab le aqueous di sper s ions of graphen e nanosheet s [ J ].Natu re Nanot ech nology ,2008 , 3(2): 101-105.[13] H ernan dez Y, Nicolosi V, Lot ya M , et al.High yield produc t ion of graphene b y liquid phase exf oliat ion of graphit e[ J].Na tur e Nanot echnology , 2008 , 3(9): 563-568.[14] H amilt on C E, Lomeda J R , Su n Z Z, et al.H igh yield or ganic disp ersion s of u nfu nct ionalized graphene[ J ].Nano L et t ,2009 , 9(10): 3460-3462.[15] 張曉珍．基于石墨烯／硅異質(zhì)結(jié)高性能光伏器件的研究［Ｄ］．蘇州：蘇州大學(xué)，2013

第五篇：石墨烯應(yīng)用產(chǎn)業(yè)園項目匯報

關(guān)于天津九大街石墨烯應(yīng)用產(chǎn)業(yè)園

項目匯報

中晶環(huán)境科技股份有限公司

二零一七年九月

前言

石墨烯一種足以改變世界的新材料

2004年英國曼徹斯特大學(xué)的康斯坦丁·諾沃肖洛夫和安德烈·蓋姆通過機械剝離法首次成功制備得到了石墨烯。作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性最強的一種新型納米材料——石墨烯被稱為“黑金”，是新材料之王科學(xué)家曾預(yù)言：石墨烯將會掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)，新產(chǎn)業(yè)革命。

石墨烯（Graphene）是從石墨中剝離出來的，是由碳原子組成的只有一層的原子厚度的二維晶體，是自然界最薄，強度最高的新材料。

由于石墨烯的性能優(yōu)良、功能眾多而被廣泛應(yīng)用到 “防腐涂料”、“建筑材料”、“電子信息”、“電子元件”“綠色能源”等幾大領(lǐng)域。

一項目概述

1.1、項目背景：

與石墨烯相關(guān)的研究和產(chǎn)業(yè)化在近年來持續(xù)升溫。歐洲、美國、日本、韓國等許多國家和地區(qū)都進行了一系列相關(guān)研究，支持了許多項目，對推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了戰(zhàn)略部署。近年來，國家出臺眾多政策，支持石墨烯產(chǎn)業(yè)化，石墨烯應(yīng)用的發(fā)展與研究。

各國政府紛紛重視和關(guān)注石墨烯的同時，眾多企業(yè)也積極投入到石墨烯研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的大潮中。

1.2、項目定位：

中國最大的石墨烯商業(yè)化應(yīng)用產(chǎn)業(yè)基地

1.3、項目位置

該產(chǎn)業(yè)園位于天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)第九大街與第十大街之間，占地面積超過20萬平米，配套設(shè)施齊全，交通便利，地理位置十分優(yōu)越。

1.4、項目承建商介紹

中晶環(huán)境科技股份有限公司，是專業(yè)從事工業(yè)煙氣、廢水、固廢一體化協(xié)同治理技術(shù)的國家高新技術(shù)企業(yè)。通過FOSS?煙氣綜合治理副產(chǎn)物與城市、工業(yè)固廢有機結(jié)合，生產(chǎn)出輕質(zhì)、高強、防火、保溫建筑一體化新型建材，實現(xiàn)綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。公司近些年來不斷加大在新材料領(lǐng)域的研發(fā)投入，依靠自身技術(shù)積累，目前已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化制備單層、多層石墨烯材料的生產(chǎn)能力。

二、項目介紹

根據(jù)Marketsand Markets發(fā)布的2020年全球石墨烯市場趨勢和預(yù)測最新報告顯示2015年作為石墨烯產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)元年，2015-2020年期間，市場增長率達42.8%。并呈現(xiàn)出以下特征：

一、亞太地區(qū)--石墨烯最快增長市場。亞太地區(qū)石墨烯市場預(yù)計將成為增長速度最快的地區(qū)。

二、氧化石墨烯--石墨烯最大市場。氧化石墨烯是石墨烯市場最大門類。

三、能源與材料應(yīng)用--石墨烯最大、增長最快的應(yīng)用領(lǐng)域市場。

當前石墨烯產(chǎn)業(yè)化的瓶頸主要有兩點，分別是低成本高品質(zhì)石墨烯原料的規(guī)?；苽浜褪┑纳虡I(yè)化應(yīng)用。2.1、石墨烯的制備

中國在制備高純度大面積大批量制備石墨烯的工藝已經(jīng)達到了世界領(lǐng)先水平。中晶環(huán)境制備的單層石墨烯薄膜采用化學(xué)氣相沉積法，低壓狀態(tài)下卷對卷式生產(chǎn)方式，簡單易行，效率高，成本低，生產(chǎn)的石墨烯薄膜品質(zhì)良好，單層率高。產(chǎn)品多用于電子器件領(lǐng)域；多層石墨烯采用氧化還原的方法，純度高，多層石墨烯與復(fù)合基體的相容性好，分散均勻，有效提高復(fù)合基體的各項性能，主要應(yīng)用在特種涂料與特種建材領(lǐng)域。

2.2、石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用 A 特種涂料：

目前國內(nèi)重防腐涂料消費量近180萬噸，占世界重防腐涂料總消費量的40%以上。我國重防腐涂料需求主要集中在船舶、石油化工、橋梁、集裝箱等領(lǐng)域，涂料領(lǐng)域?qū)鞘┛赡軕?yīng)用最快的領(lǐng)域之一。

石墨烯用于涂料中可制備純石墨烯涂料和石墨烯復(fù)合涂料，前者主要是指純石墨烯在金屬表面發(fā)揮防腐蝕、導(dǎo)電等作用的功能性涂料；后者主要是指石墨烯首先與聚合物樹脂復(fù)合，然后以復(fù)合材料制備功能性涂料，石墨烯可顯著提升樹脂的性能，除具有傳統(tǒng)涂料的特性外，更具備無機物特性，涂膜與機制相同，具有安全環(huán)保、防水透氣、耐堿耐污、防火耐候性、不褪色、抗菌防霉，不會造成二次污染。

涂料中添加石墨烯后，石墨烯能夠形成穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)格，有效提高鋅粉的利用率，可用1%含量的石墨烯代替50%的鋅粉，達到富鋅涂料相同的防腐效果同時延長防腐時間，而且每噸涂料可以便宜1000多元。

產(chǎn)業(yè)園石墨烯特種涂料投產(chǎn)后，年產(chǎn)量為預(yù)計為30萬噸，售價1.2萬元/噸，年產(chǎn)值36億元。B 建筑材料：

水泥混凝土?xí)r下是建筑領(lǐng)域中最為廉價、應(yīng)用最廣泛的建筑材料，但隨著高層、超高層建筑的興建，跨海大橋和海底隧道等高難度工程的建設(shè)，傳統(tǒng)混凝土材料暴露出越來越多的問題，如抗拉強度低、韌性差、耐候性差、滲透性差等缺陷，將制約混

凝土向高強高性能化、綠色環(huán)保化、高耐久和智能化方面發(fā)展。石墨烯優(yōu)異的各項物理化學(xué)性能，在混凝土基體中發(fā)揮體積效益

石墨烯的二維納米片層結(jié)構(gòu)，能很好的分散在水泥集體中，促進水泥的水化過程，影響水化產(chǎn)物的大小形狀以及分布，從微觀上徹底改變了水泥水化后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從根本上提高了水泥基材料的抗壓強度、抗折強度、韌性等各項力學(xué)性能，進而大大延長了水泥基材料的使用壽命。

投產(chǎn)后，生產(chǎn)的含有石墨烯的建筑墻體材料具有保溫效果好，導(dǎo)熱系數(shù)低至0.046W/(m·k)等特點。年產(chǎn)能500萬m2，成本為20元/m2，市場售價為120元/m2，年產(chǎn)值6億元。

C 電子元件

探索石墨烯柔性透明薄膜在有機發(fā)光二極管（OLED）、柔性顯示屏、太陽能電池、電子散熱及可穿戴電子等方面的應(yīng)用，主要包括石墨烯柔性透明電極的制備、石墨烯復(fù)合薄膜透明電極的制備，并實現(xiàn)石墨烯柔性透明薄膜的中試和產(chǎn)業(yè)化。建成后單層石墨烯薄膜年產(chǎn)能4萬m2，年產(chǎn)值近150億元。

四、小結(jié)與建議

目前石墨烯產(chǎn)業(yè)已被納入國家戰(zhàn)略布局?！吨袊圃?025》首個重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖把它列為前沿新材料之一。中國“十三五”規(guī)劃建議明確提出將加快突破新材料等領(lǐng)域核心技術(shù)。到2018年實現(xiàn)石墨烯材料穩(wěn)定生產(chǎn)，實現(xiàn)在部分工業(yè)產(chǎn)品和民生消費品上的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

石墨烯產(chǎn)業(yè)園一旦建成除了可以給當?shù)貏?chuàng)造大量的就業(yè)機會，增加當?shù)氐呢斦?/p>

入的同時，更可以吸引相關(guān)領(lǐng)域的高端人才聚集，并最終形成以石墨烯新材料為核心驅(qū)動的相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

市場、資金、技術(shù)、成本、人才等等都是企業(yè)在經(jīng)營過程中必須考慮到的問題，這些都離不開政府的政策扶持與支持。石墨烯在全球范圍內(nèi)作為一種可以撬動產(chǎn)業(yè)與技術(shù)升級的新材料，在產(chǎn)業(yè)化的過程中也面臨著市場培育期長、資金占用量大、人才稀缺等問題。希望相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)與部門能夠在財政補貼、稅收優(yōu)惠、土地政策、人才引進等方面給予大力的支持。

中晶環(huán)境科技股份有限公司

2017年9月