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“新材料”石墨烯在中國(guó)的發(fā)展前景如何？

2016-08-18 15:36:10 來(lái)源：中國(guó)塑料機(jī)械網(wǎng) 作者：張蕾 閱讀量：22586 評(píng)論
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     【中國(guó)塑料機(jī)械網(wǎng) 本站原創(chuàng)】2004年，兩名英國(guó)科學(xué)家利用“膠帶”從石墨表面“撕”出的單層物質(zhì)，為他們贏得了諾獎(jiǎng)桂冠。從此開始，石墨烯材料生產(chǎn)及應(yīng)用就逐漸成為市場(chǎng)追逐的熱點(diǎn)。而今，石墨烯更是晉升為“新材料”，是新材料領(lǐng)域中成為當(dāng)之無(wú)愧的“黑金”。

      據(jù)中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟預(yù)計(jì)，目前石墨烯年產(chǎn)能達(dá)到百噸級(jí)，未來(lái)五年到十年將達(dá)到千噸級(jí)。到2020年，石墨烯市場(chǎng)規(guī)模將超1000億元，其中中國(guó)占比50%~80%，中國(guó)將在石墨烯產(chǎn)業(yè)中起到主導(dǎo)和核心作用。但是，很多人不知道什么是石墨烯，石墨烯的前景真的有如此美好嗎？       

 
　　什么是石墨烯？                                     
　　
　　石墨烯是一種二維晶體，于人們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后，這種只有一個(gè)碳原子厚度的單層就是石墨烯。
　　
　　石墨烯既是薄的材料，也是強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比好的鋼材還要高200倍。同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%。它是目前自然界薄、強(qiáng)度高的材料。科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將"徹底改變21世紀(jì)"。極有可能掀起一場(chǎng)席卷的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。
　　
　　石墨烯“火熱”的應(yīng)用
　　
　　集成電路：石墨烯具備作為的集成電路電子器件的理想性質(zhì)。問題是單層的石墨烯制造困難，更難作出適當(dāng)?shù)幕濉?/div>
　　
　　透明導(dǎo)電電極：石墨烯良好的電導(dǎo)性能和透光性能，使它在透明電導(dǎo)電極方面有非常好的應(yīng)用前景。觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池、有機(jī)發(fā)光二極管等，都需要良好的透明電導(dǎo)電極材料。
　　
　　導(dǎo)熱材料或熱界面材料：2011年，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院學(xué)者首先報(bào)道了垂直排列官能化多層石墨烯三維立體結(jié)構(gòu)在熱界面材料中的應(yīng)用及其超高等效熱導(dǎo)率和超低界面熱阻。
　　
　　超級(jí)電容器：由于石墨烯具有特高的表面面積對(duì)質(zhì)量比例，石墨烯可以用于超級(jí)電容器的導(dǎo)電電極?？茖W(xué)家認(rèn)為這種超級(jí)電容器的儲(chǔ)存能量密度會(huì)大于現(xiàn)有的電容器。
　　
　　海水淡化：研究表明，石墨烯過(guò)濾器可能大幅度的勝過(guò)其他的海水淡化技術(shù)。
　　
　　太陽(yáng)能電池：南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室報(bào)告高度透明的石墨烯薄膜的化學(xué)氣相沉積法在2008年的大規(guī)模生產(chǎn)。
　　
　　石墨烯生物器件：由于石墨烯的可修改化學(xué)功能、大接觸面積、原子尺寸厚度、分子閘極結(jié)構(gòu)等等特色，應(yīng)用于細(xì)菌偵測(cè)與診斷器件，石墨烯是個(gè)很優(yōu)良的選擇。
　　
　　抗菌物質(zhì)：中國(guó)科學(xué)院上海分院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)石墨烯氧化物對(duì)于抑制大腸桿菌的生長(zhǎng)超級(jí)有效，而且不會(huì)傷害到人體細(xì)胞。假若石墨烯氧化物對(duì)其他細(xì)菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應(yīng)用，像自動(dòng)除去氣味的鞋子，或保存食品新鮮的包裝。
　　
　　石墨烯感光元件：一群來(lái)自新加坡專精于石墨烯材質(zhì)研究的科學(xué)家們，現(xiàn)在研發(fā)出將石墨烯應(yīng)用于相機(jī)感光元件的新技術(shù)，可望徹底顛覆未來(lái)的數(shù)位感光元件技術(shù)發(fā)展。
　　
　　石墨烯在中國(guó)
　　
　　發(fā)展迅速，基礎(chǔ)與應(yīng)用研究并行
　　
　　中國(guó)是目前石墨烯研究和應(yīng)用開發(fā)為活躍的國(guó)家之一。數(shù)據(jù)顯示，在所有國(guó)家中，中國(guó)申請(qǐng)的石墨烯數(shù)量多，已超過(guò)2200項(xiàng)，占*的1/3.2013年工信部發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中的前沿新材料中就包含石墨烯。國(guó)家自然科學(xué)基金委資助了大量有關(guān)石墨烯的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家973計(jì)劃也部署了一批重大項(xiàng)目。各級(jí)政府對(duì)石墨烯表現(xiàn)出極大的興趣，已經(jīng)初步形成了政府、科研機(jī)構(gòu)、研發(fā)和應(yīng)用企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新的官產(chǎn)學(xué)研合作對(duì)接機(jī)制。
　　
　　2011年10月，江蘇常州成立了江南石墨烯研究院，為國(guó)內(nèi)基于石墨烯材料及應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化基地。而今，中國(guó)已經(jīng)走在了石墨烯產(chǎn)業(yè)化的前列，國(guó)內(nèi)石墨烯企業(yè)已超過(guò)百家，并在常州、無(wú)錫、青島、深圳等地形成產(chǎn)業(yè)集群。產(chǎn)業(yè)方向集中在石墨烯的制備以及儲(chǔ)能、觸摸屏和涂層等幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。科學(xué)家也已經(jīng)開發(fā)了一系列石墨烯基儲(chǔ)能材料，如石墨烯基高密度多孔碳材料，為促進(jìn)石墨烯的實(shí)際應(yīng)用鋪平了道路。
　　
　　筆者結(jié)語(yǔ)：
　　
　　我國(guó)的石墨烯應(yīng)用集中在鋰電、儲(chǔ)能、復(fù)合材料等領(lǐng)域，布局相對(duì)較窄，且主體多為高等院校，研發(fā)和應(yīng)用在一定程度上脫節(jié)。未來(lái)國(guó)內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展如何改變這種現(xiàn)狀、形成完整成熟的產(chǎn)業(yè)鏈上下游、研制出性價(jià)比更高的產(chǎn)品等都是急需解決的難題。當(dāng)前石墨烯確實(shí)很火熱，也給我們帶來(lái)的創(chuàng)新應(yīng)用也很多。誰(shuí)都不能否認(rèn)石墨烯的強(qiáng)大之處，然而任何事物都是有兩面性的，石墨烯可能會(huì)對(duì)淡水資源造成威脅的警告也不容忽視。

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