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中国的石墨烯发展状况库存,专利领先世界

来源:互联网

石墨烯是具有一个原子厚度的二维晶体,其与石墨材料分离并由碳原子组成。 2004年,曼彻斯特大学的科学家Andreiheim和Konstantin Novoselov从石墨中飞走了石墨烯,打破了石墨烯在理论物理学中半个世纪不能稳定存在的结论。石墨烯的独特电性能,机械性能,热性能,光学性质和高比表面积一经发现就引起了广泛关注。他们被称为“黑金”和“改变21世纪的神奇材料”和“无所不能的材料等,其发现者也获得了2010年诺贝尔物理学奖。政策支持,工业化步伐悄然加速1.石墨烯在国家支持的新兴产业中的突出特点显示出巨大的应用潜力和商业价值。政府已发布政策,投资人力和资源,以开发石墨烯应用和研发。 。中国在石墨烯领域的研究和开发也早已受到关注。 2007年至2012年,国家自然科学基金资助石墨烯项目总资金3.3亿元。中国科学技术部和中国科学院对石墨烯的累计资金分别为5915万元和4605万元。 “十二五”和“十三五”等一系列文件将石墨烯纳入新开发的新材料领域。 2.石墨烯专利持有中国独家汕头在国家战略下,石墨烯相关的研发成果呈现爆发式增长。从2005年到2014年,全球石墨烯专利25,855项,其中2014年申请量超过9,000项。中国石墨烯的研究与开发一直与国际市场保持同步,处于石墨烯技术研发的前沿。石墨烯研发和专利持有已占据全球足迹。截至2014年,中国的石墨烯专利占全球总量。 47%的专利,远远领先于美国的第二名(18%)。 此外,截至2015年8月,中国在石墨烯上发表了34%的全球文章,远高于美国的第二篇(19%)。然而,还应该指出的是,中国的石墨烯专利数量众多,但质量较差,基础专利较少,申请专利较多,其中大多数专注于低端应用,如导电添加剂和防腐涂料,而美国和欧洲将主要目标是高端应用,如高频晶体管,光电探测器和传感器。 3.工业化进入快车道工业化。 2013年,华为,东旭光电等主流企业与清华大学等科研机构共同建立了“中国石墨烯产业技术创新战略联盟”(CGIA)。学习和研究的综合平台将共同促进石墨烯的产业化。在地方政府的支持下,宁波,常州,无锡,青岛和重庆建立了石墨烯工业园区,重点发展石墨烯产业。无锡计划2015年石墨烯及相关产业超过50亿元,到2020年达到300亿元。宁波计划在三年内建立9000万元财政资源,并在10年内建成100%的产业集群。此外,江苏,内蒙古,山东等地先后建立了石墨烯联盟,旨在促进政治,企业,生产,学习和研究的一体化,建立石墨烯原料产业链,研发,筹备和申请。各方的共同推动使中国的石墨烯工业化进程进入了快车道。石墨烯行业呈现出蓬勃发展的势头。第六,宁波磨西,重庆磨西,二维碳等优质石墨烯企业正在兴起。工业化大幕拉开——低端领域已被削减,未来可以预见高端领域1.准备工作:石墨烯粉末和多晶薄膜已经初具规模,单晶薄膜自石墨烯首次制备以来不得不破碎2004年,研究人员开发了多种制备石墨烯的方法。各种制备方法可归纳为两种主流路线,即自上而下和下至上。 前者通常使用石墨作为原料,并且将石墨物理地或化学地离解成单层或多层石墨烯。制备的石墨烯单晶通常尺寸小并且以微芯片的形式存在。包括机械剥离法,液相剥离法,氧化还原法等;后者通常使用含碳气体或固体化合物作为原料,并使用碳原子化学构建石墨烯。此外,还有一些替代的生产方法,如碳纳米管膨胀法,分子自组装法等。目前,高质量大面积石墨烯单晶的制备仍处于探索阶段。通过不同制备方法获得的石墨烯具有不同的物理和化学性质,这对应于不同的应用领域。 2.中国石墨烯制剂产业化现状低端油田的生产已初具规模。目前,国内一些厂家,如宁波磨西,重庆磨西,二维碳等厂家已经实现了氧化还原法或液相法剥离法和CVD法石墨烯薄膜的大规模生产。据不完全统计,中国的石墨烯粉生产能力总计为3,450万吨/年,石墨烯薄膜生产能力为105万平方米/年,但目前石墨烯的生产质量较差,只能满足涂料,锂电池添加剂,复合添加剂触摸屏等低端领域的需求。高端生产在短期内难以突破。高端电子器件,光电探测器和其他高端领域需要大面积高质量的石墨烯单晶。与普通的多晶石墨烯薄膜相比,单晶石墨烯薄膜极难制备,并且只能以毫米为单位实施。距离实际晶圆级还有相当大的距离,这在短期内难以打破。化学气相沉积是最有前途的制备技术。 3.应用:低端需求逐步开放,高端领域正在制备高质量的石墨烯。随着大规模生产和大尺寸薄膜制备的逐步突破,石墨烯的工业应用正在加速。导电添加剂,导热材料,塑料添加剂和导电油墨等低端应用即将进入或已经工业化。中国的石墨烯产业正从工业化初期逐步进入快速增长期。 4.石墨烯下游工业应用现状低端需求初步开放。由于石墨烯的大规模制备,对导电油墨,锂电池添加剂,涂料和复合添加剂以及触摸屏等低端应用的需求最初已经开始。 1)石墨烯作为锂电池中的导电添加剂的使用也可以解决锂钴氧化物与其他正极材料的高压实时比与电池性能之间的矛盾。使用石墨烯导电剂的锂钴氧化物电池的容量高3%,并且具有明显更好的2C速率放电性能。石墨烯也可以涂覆在铝箔集电器上以形成石墨烯功能涂覆的铝箔,以进一步增强锂电池的整体性能。随着宁波磨西科技有限公司石墨涂层铝箔试生产线的完成,这项新技术有望广泛应用于锂离子电池。值得一提的是,作为添加剂,石墨烯仅增强正极材料的导电性,并且不改变电极材料的比容量,从而不会大大增加锂电池的能量密度。为了大大提高锂电池的能量密度,必须选择具有更高比容量的电极材料。目前,许多已发表的论文声称使用石墨烯 - 硫或石墨烯 - 硅作为锂电池的正极和负极可以大大提高锂电池的能量密度,但这种电池仍处于实验室阶段,仍然存在远离工业应用。这需要很长时间。 2)石墨烯导热材料石墨烯具有很高的导热率和热辐射率,比表面积大,因此作为辅助散热的表面涂层具有很大的应用前景。石墨烯可用于制造具有高导热性的石墨烯鳍/薄膜,其用于诸如移动电话和计算机的电子产品中,以及用于增强装置性能并延长其工作寿命的高功率LED芯片。此外,石墨烯还可以用作添加剂以制备石墨烯改性的复合材料,例如导热纤维和导热塑料。该技术领域市场巨大,中国电子和工程领域的市场需求迫切。技术难度大,流程相对成熟,有机会快速进入市场。 3)石墨烯导电塑料和油墨石墨烯可以作为新型导电油墨和塑料的主要填料,或者可以与纳米银粉混合形成新的导电膏或油墨。可以通过改变石墨烯的填充率来调节导电墨水。电阻率和粘附性能。来自美国Vorbek Materials的石墨烯导电油墨已应用于物联网隐形条形码技术。中国的物联网市场巨大,前景诱人。基于添加石墨烯的导电塑料可以在抗静电应用领域中得到广泛推广。工艺简单,成本低,效果明显。 4)石墨烯防腐涂层石墨烯独特的二维结构使得在涂层中形成导电和导热通道成为可能,并形成紧密的迷宫物理屏障以隔离腐蚀因素。因此,石墨烯涂层具有许多功能,例如传导,热传导,防腐蚀和电磁屏蔽。此外,石墨烯微芯片可以增强涂层的附着力,使涂层具有优异的耐磨性和耐刮擦性。因此,石墨烯涂层在飞机,船舶,车辆,桥梁,建筑物,容器,油箱等领域具有应用前景。 5)石墨烯电容屏幕石墨烯薄膜的第一个商业领域是触摸屏领域,用于取代传统的ITO(氧化铟锡)薄膜。 2012年1月8日,江南石墨烯研究所与常州二维碳素技术有限公司通过研究共同完成了石墨烯薄膜材料与现有ITO模块生产线的连接,并首次成功研制出石墨烯电容器。世界。屏幕手机原型。 2015年3月2日,重庆磨西科技有限公司与佳乐派科技有限公司联合发布全球首批3万只石墨烯手机,采用新开发的石墨烯触摸屏,电池和热敏胶片。开启了石墨烯工业应用的新纪元。 该行业即将进入快速增长期,未来市场将是巨大的。在未来5到10年内,导电添加剂,防腐涂料和触摸屏等低端应用的产业化将会成熟,超级电容器,传感器和电子芯片等高端领域也将进入市场。逐步进入工业化阶段,石墨烯产业将进入快速增长期,市场空间将迅速扩大。据预测,2018年全球石墨烯市场可能达到1.95亿美元,并将在未来加速增长,2023年将超过13亿美元,复合增长率为47%。 2023年,石墨烯下游的主要市场领域包括超级电容器,显示器和结构材料。

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