“未来材料”石墨烯

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石墨烯是一种由碳原子按照sp化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,厚度为一个碳原子。

石墨烯最早出现于2004年,在英国曼彻斯特大学的一所实验室里,两位科学家成功用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,1毫米厚的石墨大约包含300万层石墨烯,可见其剥离之难。

石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、光学性能、热性能和高比表面积,近年来受到化学、物理、材料、能源环境等领域的极大重视,前景广阔,被公认为21实际的“未来材料”和“革命材料”。据预计,到2024年前后,石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体(CMOS)器件,在纳米电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。

石墨烯市场

我国石墨烯产业呈现出快速发展的态势,据统计,2018年我国石墨烯产业市场规模已经达到100亿元,较2015年的6亿元实现年均增长超过100%,预计到 2020 年末,全球和国内石墨烯行业市场规模分别为 95 亿美元和 200 亿元,中国石墨烯市场规模约占全球石墨烯总市场规模的 30%,并有逐年提高的趋势。初步形成了以新能源、涂料、大健康、节能环保、化工新材料、电子信息为主的六大产业化应用领域,其中在新能源领域的市场规模占比超过60%。

石墨烯应用

超级电容器:解决充电时间长续航短瓶颈

超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,它既具有电容器快速充放电的特性,同时又具有电池的储能特性,是一种拥有高能量密度的电化学电容器,比传统的电解电容容量高上数百倍至千倍不等。与蓄电池和传统物理电容器相比,超级电容器的特点主要体现在功率密度高、循环寿命长、工作温限宽、免维护、绿色环保等方面。石墨烯拥有良好的导电性、高密度和比表面积,是超级电容的理想材料。

防腐涂料:热稳定和抗菌性能优势显著

防腐涂料是指防腐涂料是指由底漆、中漆和面漆组成的具有防腐蚀功能的涂料,依据涂料应用领域的不同,可以分为常规防腐涂料和重防腐涂料。我国防腐涂料市场巨大,并且规模还在逐年增长。

石墨烯防腐涂料相对于其他防腐涂料而言,在导电性、热稳定性、力学性能、抗菌性能等方面优势更为明显。石墨烯由于其良好的导电性能和片状搭接阻隔性能,可以对氧和腐蚀介质起到屏蔽作用,降低了防腐涂层的渗透性能,从而提高涂层的防腐蚀性能。中国防腐涂料发展较快,2019 年,我国防腐涂料总产量 535 万吨,同比增长 18.4%,占涂料总产量的 22.2%。

锂电池导电剂:需求支撑&成本下降行业高增速

锂电池导电剂的首要作用是提高电子电导率。导电剂在具活性物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流的作用以减小电极的接触电阻,提高锂电池中电子的迁移速率,降低电池极化。此外,导电剂也可以提高极片加工性,促进电解液对极片的浸润,从而提高锂电池的使用寿命。常用的锂电池导电剂可以分为两类:第一类为传统导电剂(如炭黑、导电石墨、碳纤维等),第二类为新型导电剂(如碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等)。

柔性显示屏:可穿戴设备是市场主要驱动力

石墨烯薄膜具有因导电性良好,高柔性,透光性强等原因,未来可广泛应用于柔性显示领域。目前市场上使用最多的柔性显示屏为 ITO 膜(陶瓷材料氧化铟锡),该材料制作工艺趋于成熟,价格较低。但弯折后就不再具有导电性,无法满足未来移动设备、可穿戴设备柔性显示屏的需求,而石墨烯薄膜因其良好的导电性,柔性,透光性,认为均优于 ITO 膜,更适合柔性显示屏未来发展趋势,被认为是完美替代 ITO 膜的材料。

传感器:石墨烯化学敏感性强,在医学等领域前景广阔

石墨烯是良好的化学传感器制作材料。这个过程主要是通过石墨烯的表红外光束激发等离子体面吸附性能来完成的,石墨烯化学探测器的灵敏度非常高。石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。石墨烯是电化学生物传感器的理想材料,石墨烯制成的传感器在医学上具有良好的灵敏性。

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