石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景廣闊 加速前進(jìn)
2014-09-29 09:34:11中國(guó)化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng)閱讀量:2020 我要評(píng)論
石墨烯--開(kāi)發(fā)潛力的新材料
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。石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。石墨烯此前一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu),無(wú)法單獨(dú)穩(wěn)定存在,直至2004年,英國(guó)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,用一種簡(jiǎn)單的機(jī)械剝離法成功地分離出石墨烯,而證實(shí)它可以單獨(dú)存在,兩人也因“在二維石墨烯材料的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”,共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
石墨烯是世界上已發(fā)現(xiàn)的薄、強(qiáng)度高的納米材料,也是導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性出色的材料。在各國(guó)政府關(guān)注石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展之時(shí),我國(guó)也先后推出了促進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的相關(guān)規(guī)劃和政策。據(jù)悉,石墨烯在今年被*列為“863”計(jì)劃納米材料專項(xiàng)重點(diǎn)支持內(nèi)容;而在“十三五”科技發(fā)展規(guī)劃中,石墨烯研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化也有望獨(dú)占一席。國(guó)家自然科學(xué)基金委對(duì)石墨烯基礎(chǔ)研究也給予了高度重視。
行業(yè)聯(lián)盟加速推進(jìn)
由于礦產(chǎn)資源賦存的不平衡性,任何國(guó)家都不可能完全立足國(guó)內(nèi)以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源的需要,到境外參與資源配置是獲得短缺礦產(chǎn)的一個(gè)重要途經(jīng),重視自己短缺的關(guān)鍵性礦產(chǎn)并早作應(yīng)對(duì),適時(shí)彌補(bǔ)則是有遠(yuǎn)見(jiàn)的策略。2010年,歐盟委員會(huì)在研究46種礦產(chǎn)的基礎(chǔ)上,將14種礦產(chǎn)確定為關(guān)鍵性礦產(chǎn)原材料,其中有9種主要產(chǎn)自中國(guó)(銻、螢石、鍺、石墨、稀土、鎢、鎵、銦、鎂);美國(guó)蘭德公司于2013年發(fā)布了《關(guān)鍵和戰(zhàn)略性礦產(chǎn)威脅美國(guó)制造業(yè)的報(bào)告》,同樣確定了14種需要的關(guān)鍵戰(zhàn)略性礦產(chǎn)原材料,定義為難以獲得的戰(zhàn)略性礦產(chǎn),其中有11種主要來(lái)自中國(guó)(稀土、鎢、鍺、石墨、螢石、銻、銦、重晶石、釩、鎵、鎂)。
行業(yè)聯(lián)盟的成立加速了石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、價(jià)值鏈的形成。去年7月13日,由清華大學(xué)、中科院金屬研究所、南京科孚納米技術(shù)有限公司、中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所、北京現(xiàn)代華清材料科技發(fā)展中心等核心單位發(fā)起,聯(lián)合國(guó)內(nèi)從事石墨烯研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化的22家法人機(jī)構(gòu),在中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)的支持下成立了中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。短短1年多時(shí)間,聯(lián)盟在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面成績(jī)斐然:先后在無(wú)錫、青島、深圳和寧波布局了4個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地;推動(dòng)成立江蘇省、山東省等省級(jí)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟;啟動(dòng)中國(guó)(泰州)石墨烯研究及檢測(cè)公共服務(wù)平臺(tái);成立中國(guó)石墨烯標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì),并發(fā)布明確給出石墨烯關(guān)鍵名詞術(shù)語(yǔ)和定義的標(biāo)準(zhǔn)即中國(guó)石墨烯第1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)《石墨烯材料的名詞術(shù)語(yǔ)與定義》。
近年來(lái),世界石墨烯技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)突飛猛進(jìn)的持續(xù)升溫態(tài)勢(shì),各國(guó)都在這新一輪的高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中爭(zhēng)分奪秒搶占先機(jī)。2013年,歐盟宣布將石墨烯列入未來(lái)新興旗艦技術(shù)項(xiàng)目。中國(guó)作為石墨資源大國(guó)和制造業(yè)大國(guó),不但在石墨烯研究方面與同步,而且在石墨烯應(yīng)用方面具有巨大的市場(chǎng)空間,由此成為石墨烯行業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。
加速方向:從應(yīng)用領(lǐng)域突破瓶頸
石墨烯產(chǎn)業(yè)化目前風(fēng)風(fēng)火火,但仍然煉不出橫亙其前的重要的一塊金子——應(yīng)用研究的根本突破。
石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,未來(lái)將在散熱材料、鋰電材料、儲(chǔ)能材料等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。但專家指出,目前有價(jià)值的應(yīng)用應(yīng)該還是在半導(dǎo)體領(lǐng)域如晶體管、高頻元件、傳感器等。一旦晶圓級(jí)尺寸石墨烯單晶薄膜的規(guī)?;苽浼夹g(shù)取得突破,石墨烯將有望取代硅成為新一代半導(dǎo)體器件的核心材料,將為電子信息技術(shù)帶來(lái)革命性的變化。但是這對(duì)*都是一個(gè)巨大的難題,可能需要十幾年甚至數(shù)十年的努力,而且這一領(lǐng)域本身的資金、技術(shù)門檻都很高。
至于石墨烯早能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域,專家認(rèn)為可能還是石墨烯粉體以添加劑的形式應(yīng)用于鋰離子電池、涂料、油墨、塑料等領(lǐng)域。例如,將石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池可以解決傳統(tǒng)鋰電池能量密度和功率密度難以兼得的問(wèn)題,因此石墨烯在鋰離子電池中應(yīng)用是一個(gè)非常有前途的方向。石墨烯可以在多個(gè)方面應(yīng)用于鋰電池中,比如石墨烯復(fù)合負(fù)極材料,如硅碳復(fù)合負(fù)極材料;也可以作為鋰電池正負(fù)極材料的導(dǎo)電添加劑,還可以涂覆于鋁箔集流體上,形成石墨烯功能涂層鋁箔石。
然而,上述這些目前都處在“進(jìn)行時(shí)”甚至“將來(lái)時(shí)”。近年來(lái),石墨烯粉體在規(guī)?;苽浼夹g(shù)上取得了巨大進(jìn)步,目前成本已經(jīng)從初的幾千元1克降到大批量生產(chǎn)時(shí)的每克幾元甚至低于1元。盡管尚未經(jīng)過(guò)產(chǎn)品均一性、穩(wěn)定性等的考驗(yàn),但為其在下游的應(yīng)用提供了*可能。
相比之下,石墨烯在下游的應(yīng)用研究就顯得相對(duì)滯后。目前石墨烯產(chǎn)業(yè)大的瓶頸仍在于下游應(yīng)用,還沒(méi)有一個(gè)領(lǐng)域可以實(shí)現(xiàn)石墨烯的規(guī)模化應(yīng)用。因此,業(yè)內(nèi)人士指出,盡快實(shí)現(xiàn)石墨烯在下游的某一兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的突破是當(dāng)前石墨烯產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。
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