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石墨烯大規模工業化制備技術仍未成熟,難以撼動天然石墨消費結構 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-10-26 10:51:23 瀏覽次數: |
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石墨烯是由單層碳原子組成的二維材料,其強度是已測試材料中最高的,是鋼的100多倍;載流子遷移率是商用硅片遷移率的10倍;熱導率是金剛石的3倍。石墨烯是一種應用潛力廣泛的碳材料,在電子器件、新能源、航天軍工、生物醫藥等領域擁有廣闊的應用前景,將成為下一個萬億級的新興產業。世界主要國家都在進行石墨烯的前沿研究,但多處于材料研發的初級階段,距大規模生產應用仍有一段距離。學者預測石墨烯首先應用于電子觸摸屏,用作儲能材料也將于近些年實現,但用作高頻電路、邏輯電路則在更遠的將來才能走向市場。
一、石墨烯應用發展展望
石墨烯具備完整的較強導電性、透光性、柔性及微電子等屬性,可作為感應層或者驅動層,被使用在觸摸屏的模組里。2015年全球首臺石墨烯手機已經在重慶發布。2014年全球對透明導電薄膜的市場需求量約為4000萬m2,根據機構預測,5年后需求量將翻一番,猛增至8000萬m2。其最大的市場為觸控領域,應用于顯示器、平板電腦、智能手機等產品。石墨烯具有極高的比表面積,這使得石墨烯可成為潛力巨大的儲能材料。石墨烯電池在比容量、成本、壽命等較其他產品有顯著的卓越性,2015年石墨烯聚合材料電池將在西班牙實現產業化。石墨烯電池負極材料具有優良的比容量。
專業人士預計到2020年,中國儲能產業的市場規模至少可達6 000億元。石墨烯有望成為市場潛力巨大的電極材料。石墨烯材料能有效去除水中重金屬、染料和氟化物。吳艷等研究得到當亞甲基藍初始濃度為100mg/L,石墨烯吸附劑投加量的最適濃度為2g/L。2012年中國工業廢水排放量為221.6億t。這表明石墨烯吸附材料在水處理領域上也有巨大的應用前景。
科學家正在研究石墨烯的新應用領域,主要集中于超輕型材料、太空線纜、石墨烯光電探測器等。
二、石墨烯產業對天然石墨需求的判斷
石墨烯的制備主要有四種方法。機械剝離法、外延生長法、氧化石墨還原法的原材料為天然石墨,而氣相沉積法原材料多為甲烷。電阻觸摸屏石墨烯材料,多采用氫氣、甲烷等原材料先在金屬表面上催化生長石墨烯。在作為吸附材料,不同的學者應用氧化石墨烯和還原性石墨烯均取得了不錯的效果。
制約石墨烯廣泛應用的瓶頸在于難以大規模、低成本、可控的制備高品質的石墨烯?,F在氧化還原法和化學沉積法均實現了石墨烯制備的產業化,并且產量也已達到噸級。但對于未來石墨烯的巨大需求,何種方法能大規模、低成本、可控的合成石墨烯,將主導未來天然石墨需求態勢。
隨著石墨烯研發的深入和產業化的推進,中國涌現了幾十家石墨烯高科技企業。如上海新池、南京科孚納米、深圳貝特瑞等。中國現階段石墨烯生產線在江蘇常州、泰州、浙江寧波、重慶、山東、寧夏等地投產,生產規模在30~300t之間,且采用的原料多種多樣,江蘇第六元素公司采用石墨粉氧化還原、二維碳素公司采用甲烷等化學氣相沉積,而寧夏平羅采用碳化硅生產下腳料作為原料。由此可見,在2020年前石墨烯產業對天然石墨的需求量將保持在萬噸的規模,難以撼動天然石墨的消費結構。
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