石墨烯

    新華社記者在6日舉行的2016哈爾濱市南崗區(qū)石墨烯產(chǎn)業(yè)招商項(xiàng)目集中簽約儀式上獲悉:具有高科技含量、高附加值、良好發(fā)展前景的石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)集群將大規(guī)模落戶哈爾濱.在新能源新材料領(lǐng)域擁有多項(xiàng)世界級(jí)核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)的北京中博鑫源科技股份有限公司,攜手8家世界知名石墨烯及相關(guān)新材料生產(chǎn)研發(fā)企業(yè),共同進(jìn)駐南崗區(qū)新材料工業(yè)園區(qū),投資186.1億元,構(gòu)建南崗區(qū)石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)基地,打造國(guó)際領(lǐng)先、國(guó)內(nèi)唯一的寒地電動(dòng)車全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)及配套基地,力爭(zhēng)到2020年實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)值突破500億元.

石墨烯電池

    此次集中簽約項(xiàng)目有包括投資100億元的國(guó)家信息安全石墨烯電池合作項(xiàng)目、新能源電動(dòng)車動(dòng)力電池裝配項(xiàng)目,投資20億元的軍民融合石墨烯電池合作項(xiàng)目,投資10.5億元的全球首款耐寒電動(dòng)乘用車、專用車研發(fā)生產(chǎn)基地項(xiàng)目,投資14.1億元的全球首款新能源耐寒快充型電池產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目,投資9.5億元的城市新能源電動(dòng)汽車充電站(樁)項(xiàng)目,投資5億元的軍用民用石墨烯復(fù)合材料裝備及PTC材料研發(fā)生產(chǎn)基地項(xiàng)目等9個(gè)項(xiàng)目,有針對(duì)性地加強(qiáng)石墨烯材料在耐寒凍服役條件下耐腐蝕性、耐久性等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)展.

    這些項(xiàng)目的集中落地,將形成從石墨烯原料開(kāi)采,到新能源汽車生產(chǎn)等全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)體系.其中,投資100億元的墨烯電池合作項(xiàng)目、電動(dòng)車動(dòng)力電池裝配項(xiàng)目,聯(lián)手大型國(guó)企參與合作,利用北京中博鑫源科技股份有限公司在新能源動(dòng)力電池研發(fā)領(lǐng)域多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先的核心技術(shù),實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)汽車在極寒環(huán)境的突破性應(yīng)用.北京中博鑫源科技股份有限公司董事長(zhǎng)張博對(duì)記者介紹說(shuō),全球首款新能源耐寒快充型電池可在零下55攝氏度正常使用,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車6分鐘"閃充"行駛200公里至300公里的突破性應(yīng)用.這種以石墨為原料,融入PTC(自控溫低壓熱敏電阻)材料的新能源動(dòng)力電池,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)極寒地區(qū)電池使用的空白,技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平.

    這也是充分發(fā)揮我國(guó)黑龍江省石墨礦產(chǎn)資源富集的優(yōu)勢(shì),打造我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí),拉動(dòng)黑龍江省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大舉措.

    石墨烯的應(yīng)用與石墨烯的制備技術(shù)特點(diǎn)緊密相聯(lián).我國(guó)石墨儲(chǔ)量豐富,石墨從上而下剝離法制備的石墨烯及其復(fù)合材料遲早會(huì)在化工、能源、環(huán)境、水處理、傳感器和生物等領(lǐng)域找到應(yīng)用.石墨烯膜、液體分散系和粉體三種基本形態(tài),與高分子、金屬、陶瓷和半導(dǎo)體等主流材料相結(jié)合,調(diào)控加工與應(yīng)用終端對(duì)接,應(yīng)用到各領(lǐng)域.但大規(guī)模的應(yīng)用的第一個(gè)突破口在哪里,很難準(zhǔn)確判斷,因?yàn)槌思夹g(shù)發(fā)展自身規(guī)律外,還有資金等社會(huì)因素.技術(shù)門(mén)檻較低的是散熱材料(散熱膜、膠等),如智能手機(jī)、電腦等諸多電子信息產(chǎn)品需要更好更多的散熱材料,有可能帶動(dòng)石墨烯的規(guī)模應(yīng)用.其次是儲(chǔ)能領(lǐng)域,如超級(jí)電容器和二次電池,電動(dòng)汽車、移動(dòng)電源和國(guó)家電網(wǎng)等對(duì)儲(chǔ)能的需求越來(lái)越大,質(zhì)量要求越來(lái)越高,石墨烯基材料有望提高儲(chǔ)能充放電的速率和能量密度.

    再次是高分子化工領(lǐng)域,包括各種功能膜與涂層(如靜電屏蔽、金屬防腐等),以及分離膜(如水處理),石墨烯的添加復(fù)合有助于高分子產(chǎn)品的升級(jí)和特種應(yīng)用,特別是取代炭黑使得傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造.高端應(yīng)用則可能在電子信息領(lǐng)域,如透明導(dǎo)電薄膜、晶體管、光調(diào)制器和傳感器等領(lǐng)域等大有可為.石墨烯無(wú)毒、質(zhì)輕、柔韌性好及對(duì)環(huán)境敏感的特質(zhì)使其在生物領(lǐng)域也能找到用武之地.

    石墨烯大規(guī)模應(yīng)用的時(shí)間表受到技術(shù)規(guī)律和社會(huì)方面等多種復(fù)雜因素的影響,包括基礎(chǔ)研究的突破、技術(shù)本身發(fā)展規(guī)律,市場(chǎng)需求和政府社會(huì)環(huán)境以及資金與技術(shù)的實(shí)時(shí)融合等.從替代炭黑到替代氧化銦錫(ITO)再到替代硅,若能實(shí)現(xiàn),每一次都是變革性的.盡管投資石墨烯難度大、風(fēng)險(xiǎn)高,但是回報(bào)極高.此次國(guó)內(nèi)石墨烯及其類石墨烯材料大型項(xiàng)目規(guī)模的開(kāi)展勢(shì)必對(duì)會(huì)給中國(guó)帶來(lái)更多的機(jī)遇和發(fā)展.

    延生閱讀

    一、石墨烯優(yōu)異的性能

    1.性能優(yōu)異的石墨烯是原子世界直接通向宏觀世界的完美二維晶體.在結(jié)構(gòu)上,石墨烯是一種原子厚度的開(kāi)放平面二維碳材料,是由碳原子以sp2雜化緊密堆積成六角形蜂窩晶格的二維晶體.它可被看成是石墨、碳纖維、碳納米管和富勒烯等的基元材料;它是迄今為止世界上已知材料中最薄且真正意義上的二維材料.完美晶體的石墨烯集合先進(jìn)的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和透光性、導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性于一身.

    單片完美石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度極高,楊氏模量達(dá)1TPa,本征強(qiáng)度130GPa,是最堅(jiān)韌的材料;熱導(dǎo)率最高,室溫下約為5000W /(m·K),是銅的10倍和硅的幾十倍;其室溫載流子遷移率達(dá)2.0×105cm2/(V·S),比硅快100倍;導(dǎo)電性很好,能經(jīng)受得住極高的電流密度;單層透光率高達(dá)97.7%,但另一方面幾乎是全波段吸收,單層吸光率2.3%;其化學(xué)穩(wěn)定性與石墨一樣,耐溫耐酸耐堿耐化學(xué)溶劑[1].,因此,石墨烯在化工、能源、環(huán)境和生物等領(lǐng)域會(huì)得到廣泛應(yīng)用.

    二、目前,石墨烯的制備方法主要分為2類:

    一類是以石墨為原料的液體剝離法,主要包括石墨氧化剝離、石墨插層-膨脹-機(jī)械剝離和石墨電化學(xué)溶脹剝離等3種方法.其優(yōu)勢(shì)是原料石墨極其豐富,能夠擴(kuò)大到N噸級(jí)規(guī)模制備,以滿足化工、環(huán)境和能源領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用需求,缺點(diǎn)是石墨烯的質(zhì)量不高,成本還有下降的空間.

    第二類是碳源基底生長(zhǎng)法,由含碳化合物在固體基底上高溫轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)而成石墨烯.代表性制備方法的是金屬基底催化的化學(xué)氣相沉積和碳化硅基底轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)等2種方法.該類方法制備的石墨烯質(zhì)量比第一類更高(石墨的膠帶剝離法僅限于基礎(chǔ)研究,不能升級(jí),這里不作討論),但產(chǎn)量相對(duì)很小,通常以面積計(jì)量而不論質(zhì)量,能耗高、成本高.接下來(lái)簡(jiǎn)單介紹這5種方法的工作原理、應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)缺點(diǎn).

責(zé)任編輯：周婭

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-801
郵箱：ecorr_org@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414