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石墨烯新材料应用创新推动传统行业升级

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2016年9月13日 | 中国能源研究网  http://energy.chinairn.com |打印】【关闭

  石墨烯已有70多年历史,但是从发表的文章来看,2004年起,石墨烯从实验室真正地被分离出来。石墨烯从粉体、到单层拥有很多优异的物理特性,最薄、最强、最轻、最柔、电流密度耐性最大等等。基于具有优异的性能,预测到石墨烯的应用领域非常广泛,从电子信息、新能源、涂料、生物工程到复合材料,包括大部分产业。
  什么是石墨烯
  石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
  在2015年石墨烯发现之前,石墨烯既是最薄的材料,也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%.它是目前自然界最薄、强度最高的材料,如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床,本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。
  石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外,石墨烯几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的气体原子也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。
  石墨烯的瓶颈

  近日,石墨烯板块大幅度升正泰电器涨6.11%、欣旺达涨5.00%、东旭光电涨2.08%、宝泰隆涨1.89%、中钢国际涨1.13%.显然,石墨烯这块宝藏带动各行各业上市公司的业绩攀高。
  尽管石墨烯应用很广,但困难很多。到现在为止国内真正规模型的应用还没有。例如,石墨烯在锂电电池方面并没有带来革命性的进展,它只是有改进,比如说它的导电率提高,实际上就是解决了充放电速度问题。为何还没有被应用,主要是由于石墨烯价格太高,还有上下游衔接技术转化较薄弱,应用到下游需要很多的投入和开发,这些都存在障碍。
  9月8日,中国经济信息社在江苏常州发布了《石墨烯创新创业指南(2016)》,报告上也指出,目前中国石墨烯发展的瓶颈主要有下游应用领域的开拓集,除此之外,还有高质量石墨烯实现低成本制备、石墨烯产业标准认证以及应用石墨烯材料特性的电子器件研发等问题。未来石墨烯产业发展,亟需加强产业链协同创新,使石墨烯材料研发制备环节与下游应用需求紧密结合。
  国内石墨烯应用并不乐观,但石墨烯产业的前景已十分明朗,政策扶持也将加快石墨烯产业化应用速度。《中国制造2025》是我国迈向制造强国的路线图,提出我国石墨烯材料未来10年的发展目标。前沿新材料中的石墨烯重点产品包括锂电池电极材料、防腐涂料、柔性电子用石墨烯薄膜、光电领域用热界面等。
  市场前景预测
  据相关专家经过调研,预计2016年下半年石墨烯产业将是“粉”“膜”登场,应用的行业包括防腐涂料、导热塑料、石墨烯EPS、消费电子散热片、超级电容器及锂电池等。目前,石墨烯在复合材料中明确的应用领域有防腐涂料、改性塑料。
  在防腐涂料领域,据市场预计,2015年我国常规防腐涂料、重防腐涂料产量分别达到300万吨和150万吨左右,防腐涂料总产量达到450万吨左右;到2017年或可达600万吨。按千分之一的石墨烯用量、100万元/吨计算,到2017年其潜在市场规模为60亿元。可见,防腐涂料对于石墨烯的需求量逐年提高,未来石墨烯的应用前景十分可观。
  石墨烯改性塑料应用广泛,市场空间大。以PVC材料为例,我国每年PVC塑料产量约为1800万吨,按1%的PVC材料添加5%的石墨烯来测算,单PVC塑料领域对石墨烯的需求就有接近万吨级别。除塑料材料之外,其他高分子材料如橡胶等对石墨烯的需求量也十分巨大。
  石墨烯产业化的关键是发挥石墨烯的材料特性,寻找高性价比应用。显然,石墨烯产业化大幕即将拉开。预计以石墨烯新材料应用创新推动传统行业升级将是未来的主旋律。
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