石墨烯材料项目可行性研究报告

石墨烯材料项目可行性研究报告
石墨烯材料项目可行性研究报告

石墨烯材料项目可行性研究报告

泓域咨询丨规划设计·投资分析

第一章项目绪论

一、项目名称及建设单位

(一)项目名称

石墨烯材料项目

(二)项目建设单位

某某有限公司

二、项目拟建地址及用地指标

(一)项目拟建地址

该项目选址在某某工业园区。

(二)项目用地性质及用地规模

1、该项目计划在某某工业园区建设,用地性质为工业用地。

2、项目拟定建设区域属于工业项目建设占地规划区,建设区总用地面积110000.6 平方米(折合约165.0 亩),代征地面积990.0 平方米,净用地面积109010.6 平方米(折合约163.5 亩),土地综合利用率100.0%;项目建设遵循“合理和集约用地”的原则,按照石墨烯材料行业生产规范和要求进行科学设计、合理布局,

符合石墨烯材料制造和经营的规划建设需要。

(三)项目用地控制指标

1、该项目实际用地面积109010.6 平方米,建筑物基底占地面积74781.3 平方米,计容建筑面积123073.0 平方米,其中:规划建设生产车间100071.8 平方米,仓储设施面积13735.3 平方米(其中:原辅材料库房8284.8 平方米,成品仓库5450.5 平方米),办公用房4796.4 平方米,职工宿舍2725.3 平方米,其他建筑面积(含部分公用工程和辅助工程)1744.2 平方米;绿化面积7194.7 平方米,场区道路及场地占地面积27034.6 平方米,土地综合利用面积109010.6 平方米;土地综合利用率100.0%。

2、该工程规划建筑系数68.6%,建筑容积率1.1 ,绿化覆盖率6.6%,办公及生活用地所占比重5.2%,固定资产投资强度3219.0 万元/公顷,场区土地综合利用率100.0%;根据测算,该项目建设完全符合《工业项目建设用地控制指标》(国土资发【2008】24号)文件规定的具体要求。

三、项目建设的理由

制造业是国民经济的主体,是科技创新的主战场,是立国之

本、兴国之器、强国之基。2015年出台的“中国制造2025”持续引起海外制造业专家和舆论的普遍关注。专家认为,“中国制造2025”为中国制造业发展和产业升级指明了道路和方向。

四、项目建设内容

(一)土建工程

该项目在某某工业园区建设,总用地面积110000.6 平方米(折合约165.0 亩),预计总建筑面积123073.0 平方米,其中:规划建设生产车间100071.8 平方米,仓储设施面积13735.3 平方米(其中:原辅材料库房8284.8 平方米,成品仓库5450.5 平方米),办公用房4796.4 平方米,职工宿舍2725.3 平方米,其他建筑面积(含部分公用工程和辅助工程)1744.2 平方米,建筑物基底占地面积74781.3 平方米,场区道路及场地占地面积27034.6 平方米,绿化面积7194.7 平方米,土地综合利用面积109010.6 平方米;该项目工程容积率1.1 ,建筑系数68.6%,建设区域绿化覆盖率6.6%,办公及生活用地所占比重5.2%,场区土地综合利用率100.0%。

(三)公用工程及其他

该项目建设公用工程包括:电气系统、给排水系统、供热系统、办公生活设施、消防系统、污染物处理系统等,提供完善的配套设施及便捷舒适的配套环境。

五、项目产品规划方案

(一)产品规划方案

该项目产品是以市场需求为导向,结合某某有限公司研发能力与发展规划而确定目标市场;项目投产后选定的生产经营范围是:生产(制造)销售石墨烯材料。

(二)项目效益规划目标

根据预测,该项目达纲年的营业收入89448.6 万元,总成本费用70209.5 万元,营业税金及附加416.3 万元,年新增利税总额23624.7 万元,年利润总额18822.8 万元,年净利润14117.1 万元,年纳税总额9507.6 万元。

六、投资估算及资金筹措方案

(一)项目投资方案

1、根据谨慎财务测算,项目总投资47603.1 万元,其中:固定资产投资35080.3 万元,占项目总投资的73.7%;流动资金

12522.8 万元,占项目总投资的26.3%;在固定资产投资中,建设投资34403.3 万元,占项目总投资的72.3%;建设期借款利息677.0 万元,占项目总投资的1.4%。

2、该项目建设投资34403.3 万元,其中:工程建设费用31775.3 万元,占项目总投资的66.8%,包括:建筑工程投资14023.6 万元,占项目总投资的29.5%;设备购置费17234.6 万元,占项目总投资的36.2%;安装工程费517.1 万元,占项目总投资的1.1%;工程建设其他费用2119.6 万元,占项目总投资的4.5%,其中:土地使用权费1386.0 万元,占项目总投资的2.9%,预备费508.4 万元,占项目总投资的1.1%。

(二)资金筹措方案

1、项目总投资(TI)47603.1 万元,根据资金筹措方案,某某有限公司计划自筹资金33841.8 万元,占项目总投资的71.1%。

2、根据谨慎财务测算,该项目全部借款总额13761.3 万元,占项目总投资的28.9%,其中:项目建设期申请银行借款13761.3 万元,占项目总投资的28.9%;项目经营期申请流动资金借款0.0 万元,占项目总投资的0.0%。

七、项目达纲年预期经济效益

1、项目达纲年预期经营收益:89448.6 万元(含税)。

2、年总成本费用70209.5 万元。

3、营业税金及附加416.3 万元。

4、项目达纲年利润总额:18822.8 万元。

5、项目达纲年净利润:14117.1 万元。

6、项目达纲年纳税总额:9507.6 万元。

7、总投资收益率(ROI):40.8%。

8、资本金净利润率(ROE):55.6%。

9、项目达纲年投资利润率:39.5%。

10、项目达纲年投资利税率:49.6%。

11、项目达纲年投资回报率:29.7%。

12、全部投资回收期(所得税税后):4.5 年(含建设期12 个月)。

13、全部投资财务内部收益率(FIRR):28.6%(达纲年)。

14、固定资产投资回收期:3.8 年(含建设期12 个月)。

15、项目经营盈亏平衡点:36.8%(达纲年)。

八、项目建设进度规划

“石墨烯材料生产建设项目”按照国家基本建设程序的有关法规和实施指南要求进行建设,该项目建设期限规划为12 个月。

九、报告编制说明

受某某有限公司的委托,泓域咨询机构负责编制《石墨烯材料生产建设项目可行性研究报告》;泓域咨询机构依据国家有关法律、法规、技术规范和和田地区、某某等当地政府的有关政策、规定文件,对本项目的投资建设进行了全面、详细的研究分析论证,结合本项目所在地的自然条件、资源条件、基础设施条件,依据某某有限公司对本项目总体规划设想方案,认真编制《石墨烯材料生产建设项目可行性研究报告》,达到《建设项目可行性研究报告编制内容深度规定》的要求。

(一)报告编制目的

作为投资决策前必不可少的关键环节,可行性研究报告是在前一阶段的项目建议书获得审批通过的基础上,主要对项目市场、技术、财务、工程、经济和环境等方面进行精.确系统、完备无遗的分析,完成包括市场和销售、规模和产品、厂址、原辅料供应、

工艺技术、设备选择、人员组织、实施计划、投资与成本、效益及风险等的计算、论证和评价,选定最佳方案,依此就是否应该投资开发该项目以及如何投资,或就此终止投资还是继续投资开发等给出结论性意见,为投资决策提供科学依据,并作为进一步开展工作的基础。

(二)报告编制原则

本报告从节约资源和保护环境的角度出发,遵循“创新、先进、可靠、实用、效益”的指导方针,严格按照技术先进、低能耗、低污染、控制投资的要求,确保该项目技术先进、质量优良、保证进度、节省投资、提高效益,充分利用成熟、先进的经验,实现降低成本、提高经济效益的目标,该项目可行性研究报告具体编制遵循下述原则。

1、严格遵守国家产业发展政策和地方产业发展规划的原则。该项目建设必须依法遵循国家的各项政策、法规和法令,必须完全符合国家产业发展政策、行业投资方向及发展规划的具体要求。

2、坚持“社会效益、环境效益、经济效益共同发展”的原则。注重发挥该项目的经济效益、区域规模效益和环境效益协同发展,

利用某某有限公司在石墨烯材料方面的技术,使该项目产品达到国际领先水平,实现产业结构优化,达到“高起点、高质量、节能降耗、增强竞争力”的目标,提高企业经济效益、社会效益和环境保护效益。

3、坚持应用先进技术的原则。根据某某有限公司和某某工业园区的实际情况,合理制定石墨烯材料产品方案及工艺路线,在石墨烯材料产品生产技术设计上充分体现设备的技术先进性、操作安全性。采用先进适用的石墨烯材料生产工艺技术,努力提高石墨烯材料生产装置自动化控制水平,以经济效益为中心,在采用先进工艺和高效设备的同时,做好投资费用的控制工作,以求实科学的态度进行细致的论证和比较,为投资决策提供可靠依据。

4、项目建设要符合国家“综合利用”的原则。充分利用国家对石墨烯材料生产提供的各种有利条件,综合利用企业技术资源,充分发挥某某社会经济发展优势、人力资源优势,区位发展优势以及配套辅助设施等有利条件,尽量降低项目建设成本,达到节省投资、缩短工期的目的。

5、认真贯彻执行“三高、三少”的原则。“三高”即:高起

点、高水平、高投资回报率;“三少”即:少占地、少能耗、少排放。

6、重视环境保护的原则。使该项目建设达到环境保护的要求,同时,严格执行国家有关企业安全卫生的各项法律、法规,并做到环保“三废”治理措施以及工程建设“三同时”的要求,使企业达到安全、整洁、文明生产的目的。

7、重视施工设计工作的原则。严格执行国家相关法律、法规、规范,做好节能、环保、卫生、消防、安全等设计工作。同时,认真贯彻“安全生产,预防为主”的方针,确保该项目建成后符合国家职业安全卫生的要求,保障职工的安全和健康。

8、坚持节能降耗的原则。努力做到合理利用能源和节约能源,根据某某工业园区的地理位置、地形、地势、气象、交通运输等条件及“保护生态环境、节约土地资源”的原则进行布置,做到工艺流程顺畅、物料管线短捷、公用工程设施集中布置,节约资源提高资源利用率,做好节能减排;从而实现节省项目投资和降低经营能耗之目的。

9、坚持安全生产的原则。认真贯彻执行国家有关建设项目消

防、安全、卫生、劳动保护和环境保护的管理规定,认真贯彻落实“三同时”原则,项目设计上充分考虑生产设施在上述各方面的投资,务必做到环境保护、安全生产及消防工作贯穿于项目的设计、建设和投产的整个过程。

10、坚持实事求是原则。按国家《建设项目经济评价方法与参数(第三版)》的要求,在调查研究基础上,以客观公正立场、科学严谨的态度对该项目的经济效益做出适当的评价。

十、项目综合评价

1、该项目符合国家产业发展政策和规划要求,符合和田地区及某某行业布局和结构调整政策;项目的建设对促进某某石墨烯材料产业结构、技术结构、组织结构、产品结构的调整优化有着积极的推动意义。

2、贯彻落实总书记制造强国思想,“中国制造2025”纵向联动、横向协同工作机制日趋完善,五大工程实施稳步推进,“中国制造2025”国家级示范区启动创建,一批重大标志性项目和工程陆续落地实施。国家制造业创新体系建设不断完善,新增信息光电子、印刷及柔性显示、机器人3家国家制造业创新中心;36

个工业强基工程重点方向实施“一揽子”突破,4个“一条龙”应用试点顺利实施;202个智能制造综合标准化和新模式应用项目取得积极进展,97个项目开展多领域多模式智能制造试点示范,一批系统解决方案供应商快速成长;142个重大绿色制造项目进展良好;时速350公里“复兴号”中国标准动车组等一批高端装备创新成果不断涌现,服务型制造成效初显。“中国制造2025”国际对接合作不断深化。2017年1-11月,全国规模以上工业增加值增长6.6%。

3、某某有限公司为适应国内外市场需求,拟建“石墨烯材料生产建设项目”,该项目的建设能够有力促进和田地区某某经济发展,为社会创造771 个就业机会,达纲年纳税总额9507.6 万元,可以促进某某区域经济的繁荣发展和社会稳定,为地方财政收入做出积极的贡献,由此可见,该项目的实施具有显著的社会效益。

4、该项目总投资47603.1 万元,其中:建设投资34403.3 万元,建设期借款利息677.0 万元,流动资金12522.8 万元;经测算分析,项目建成投产后达纲年营业收入89448.6 万元,总成本费用70209.5 万元,年利税总额23624.7 万元,其中:年净利润

14117.1 万元,纳税总额9507.6 万元(增值税4385.6 万元,营业税金及附加416.3 万元,年缴纳企业所得税4705.7 万元),年利润总额18822.8 万元,税后财务内部收益率(FIRR)28.6%,全部投资回收期4.5 年,固定资产投资回收期3.8 年,该项目可以取得较好的经济效益。

综上所述,通过本章上述所做的技术、经济、环保、安全等方面分析结果表明,“石墨烯材料生产建设项目”技术上可行、经济上合理;本报告认为:该项目所提供的石墨烯材料市场前景良好,投资方向正确,技术方案设计先进合理,经济效益突出,因此,该项目的投资建设并实施无论是经济效益、社会效益还是环境保护、清洁生产都是积极可行的,因此,该项目建设是必要的也是完全可行的。

第二章项目建设背景及必要性

一、项目提出的背景

(一)产业发展政策符合性

制造业是国民经济的主体,是科技创新的主战场,是立国之本、兴国之器、强国之基。2015年出台的“中国制造2025”持续

引起海外制造业专家和舆论的普遍关注。专家认为,“中国制造2025”为中国制造业发展和产业升级指明了道路和方向。

(二)区位发展背景

全年实现地区生产总值(GDP)268.26亿元,按可比价格计算,比2016年增长8.7%,增幅回落1.6个百分点。分三次产业看,第一产业增加值62.13亿元,增长3.2%;第二产业增加值45.42亿元,增长10.3%;第三产业增加值160.71亿元,增长10.7%;分别拉动经济增长0.8、1.6和 6.3个百分点。三次产业结构为23.2:16.9:59.9。按户籍年平均人口计算,人均地区生产总值10790元,增长9.0%,按当年平均汇率折合1424美元,比上年增长173美元。全年工业增加值14.16亿元,比上年增长17.8%。其中,规模以上工业企业(主营业务收入2000万元,不包含兵团)增加值10.42亿元,增长20.4%。在规模以上工业中,轻工业实现增加值1.97亿元,增长35.3%;重工业实现增加值8.45亿元,增长17.4%。分工业门类看,采矿业增加值下降8.9%,制造业增加值增长33.1%,电力、热力、燃气及水生产和供应业增加值增长2.3%。规模以上工业产品销售率103.2%,主营业务收入28.26亿元,增

长24.0%;实现利润总额2.72亿元,增长2.73倍。全地区9个工业园区累计完成基础设施投入19.97亿元,其中,2017年新增投资2.7亿元。入驻园区单位744家,其中工业企业640家,累计实现工业总产值26.00亿元,带动和促进2.3万人就业。

(三)产业发展符合性

坚持需求引领。市场需求是拉动战略性新兴产业发展壮大的关键因素。要强化需求侧政策引导,加快推进新产品、新服务的应用示范,将潜在需求转化为现实供给,以消费升级带动产业升级。营造公平竞争的市场环境,激发市场活力。石墨烯材料制造名列其中,覆盖拟建项目投产后的产品,因此,该项目属于当前国家重点鼓励发展的产业;综上所述,该项目符合国家及地方相关行业的准入规定。

(四)有利于扩大就业,提升当地人民的生活水平

1、通过该项目的建设可为社会提供771 个工作职位,可为当地农村剩余劳动力和大学毕业生提供就业机会,有利于缓解当地就业压力,同时,可增加当地就业人的员的收入,进而提高当地人民生活水平和质量,对社会的发展具有促进作用。

2、某某有限公司通过自身拥有的专业技术和前期调研、询价掌握的市场信息等准备工作,已经建立起来的基础条件与优势将使各项工作顺利开展。

二、项目建设的必要性

1、准确认识、深入认识、全面认识新常态下的新趋势、新特征、新动力,是做好今后经济工作的重要前提。新常态之新,意味着不同以往,意味着我国经济发展的条件和环境已经或即将发生诸多重大转变,经济增长将与过去30多年10%左右的高速度基本告别,与传统的不平衡、不协调、不可持续的粗放增长模式基本告别,增长从高速转为中高速,动力从要素驱动、投资驱动转向创新驱动;新常态之常,意味着相对稳定,这一稳定是更高水平的稳定,是经济结构不断优化升级、增长质量加快“上台阶”的稳定。因此,新常态绝不只是增速降了几个百分点,更是增长动力的转换和发展质量的提升。

2、实践证明,稳中求进工作总基调是我们治国理政的重要原则,也是做好经济工作的方法论。要清醒看到,我国经济运行仍存在不少突出矛盾和问题,世界经济仍处于缓慢复苏的进程中。

越是面对复杂的国内国际经济形势,就越要认识到明年贯彻好稳中求进工作总基调具有特别重要的意义。稳是主基调,稳是大局,在稳的前提下才能在关键领域有所进取,才能在把握好度的前提下奋发有为。

第三章项目选址科学性分析

一、项目选址及用地方案

1、某某有限公司通过对项目拟建场地缜密调研,充分考虑了项目生产所需的内部和外部条件:距原料产地的远近、企业劳动力成本、生产成本以及拟建区域产业配套情况、基础设施条件及土地成本等。

2、通过对可供选择的建设地区进行比选,综合考虑后选定的项目最佳建设地点——某某工业园区,所选区域完善的基础设施和配套的生活设施为项目建设提供了良好的投资环境。

3、由某某有限公司承办的“石墨烯材料生产建设项目”,拟选址在某某工业园区,工程场界为:东接健身广场,西靠幸福公园,南临园区主干线,北依(连)蓝天小区。所选建设区域土地资源充裕,而且地理位置优越、交通便利、四方通衢、地形平坦、

土地平整、交通条件便利、配套设施齐备,符合项目选址要求。

4、拟定建设区域属项目建设占地规划区,项目总用地面积110000.6 平方米(折合约165.0 亩),代征地面积990.0 平方米,净用地面积109010.6 平方米(折合约163.5 亩);项目建设遵循“合理和集约用地”的原则,按照石墨烯材料行业生产规范和要求,进行科学设计、合理布局,符合石墨烯材料生产经营的需要。

二、土地权属类别

该项目拟建场区位于某某工业园区,土地性质为工业建设用地,其土地权属为国有出让土地,使用权归某某有限公司,项目总占地面积110000.6 平方米(折合约165.0 亩),目前,土地征用工作已经全部完成,所使用土地均系通过土地出让方式获得,土地使用权费1386.0 万元,土地使用年限为50年。

三、项目节约用地措施

1、土地既是人类赖以生存的物质基础,也是社会经济可持续发展必不可少的条件,因此,某某有限公司在利用土地资源时,严格执行国家有关行业规定的用地指标,根据建设内容、规模和建设方案,按照国家有关节约土地资源要求,合理利用土地。

2、在项目建设过程中,某某有限公司根据某某的总体规划以及工业园区对该项目地块的控制性指标,本着“经济适宜、综合利用”的原则进行科学规划、合理布局,最大限度地提高土地综合利用率。

3、该项目依托某某工业园区已有生活设施、公共设施、交通运输设施,建设区域少建非生产性设施,因此,有利于节约土地资源和节省建设投资。

4、该项目建设认真贯彻执行专业化生产的原则,除了主要生产过程和关键工序由某某有限公司实施外,其他附属商品采取外协(外购)的方式,从而减少重复建设,节约了资金、能源和土地资源。

5、采用大跨度连跨厂房,方便生产设备的布置,提高厂房面积的利用率,有利于节约土地资源;原料及辅助材料仓库采用简易货架,提高了库房的面积和空间利用率,从而有效地节约土地资源。

四、项目选址综合评价

1、该项目用地位于某某工业园区,用地周边交通便利,由于

石墨烯作为锂电池负极材料前景渺茫

石墨烯用作锂电负极产业化前景渺茫 2015-06-26 作者: 自从英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)二人因为“二维石墨烯材料的开创性实验”共同获得2010年诺贝尔物理学奖之后,任何与石墨烯有关的新闻或者研究成果都受到了人们极大的关注。最近两年,石墨烯相关“产业”在国内也是如火如荼,与石墨烯有关的数十支概念股一再被爆炒。 国际上当然也没闲着,比如一则轰动性的新闻报道宣称:西班牙Graphenano公司(一家工业规模生产石墨烯的公司)同西班牙科尔瓦多大学合作研究出全球首个石墨烯聚合材料电池,储电量是目前市场最好产品的3倍,用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里,而充电时间不到8分钟。 Graphenano公司相关负责人称,虽然此电池具有各种优良的性能,但成本并不高,该电池的成本将比一般锂离子电池低77%,完全在消费者承受范围之内。 这则消息在国内被很多媒体转载报道,在新能源汽车界和锂电界引起了很大反响。最近有不少朋友询问笔者:“会做石墨烯电池吗?石墨烯电池前景如何?什么时候量产?”笔者相信,很多锂电界同仁也有类似的问题。并不是所有人都有电化学或者材料学背景,关注石墨烯电池也可能是出于不同目的,所以他们都不会问一个最基本的问题:什么是石墨烯电池? 在本文中,笔者希望能够揭开笼罩在石墨烯电池上面的神秘面纱,让大家真正了解石墨烯在电化学储能方面的应用价值,而不是被一些非专业的记者或者炒作者蒙蔽,即便真相也许并不是那么鼓舞人心。 什么是石墨烯?先来看看维基百科的定义:“石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道?成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一??碳原子厚度的二?材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,它?缀跏峭耆?该鞯模?晃??.3%的光;导热系?蹈哌_5300W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-8俜m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。”

石墨烯技术产业发展现状与趋势

摘要:2013年1月,石墨烯入选欧盟两项“未来和新兴技术旗舰项目”之一(另一项为“人类大脑工程”),欧盟委员会计划在未来十年投入10亿欧元开展石墨烯应用技术研发与产业化,再一次激起了各界对这一革命性材料的关注。 关键字:石墨烯;态势;趋势;技术转移;石墨烯;态势;趋势;技术转移;石墨烯;技术转化;产业化 石墨烯(Graphene)又称单层墨,是一种新型的二维纳米材料,也是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米材料。因其特殊纳米结构和优异的物理化学性能,石墨烯在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等领域应用前景广阔,被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。英国两位科学家因发现从石墨中有效分离石墨烯的方法而获得2010年诺贝尔奖,引起了科学界和产业界的高度关注,石墨烯相关专利开始呈现爆发式增长(2010年353件,2012年达1829件)。世界各国纷纷将石墨烯及其应用技术研发作为长期战略予以重点关注,美国、欧盟各国和日本等国家相继开展了大量石墨烯研发计划和项目。总体看来,石墨烯技术开始进入快速成长期,并迅速向技术成熟期跨越。全球石墨烯技术研发布局竞争日趋激烈,各国的技术优势正在逐步形成,但总体竞争格局还未完全形成。具体发展态势如下: 态势一:制备与改性的突破为产业化提供了技术支撑 一方面,石墨烯制备技术取得突破。石墨烯制备技术与设备是石墨烯生产的基础。一直以来,石墨烯大规模制备技术是阻碍其产业化的最重要因素。近来,石墨烯制备技术取得了若干突破,目前已形成自上而下(Top-Down)和自下而上(Bottom-Up)两种途径,开发出了从简易低成本制造到大面积量产工艺的多种方法,包括:机械剥离、氧化还原法、化学气象沉积(CVD)、外延生长、有机合成、液相剥离等。这些方法各有优缺点,需要根据不同的需求进行选择(表1)。其中,氧化还原法因成本低且易实现,有望成为最具发展前景的制备方法之一。同时,各种方法

石墨烯文献检索

《文献检索与科技论文写作》作业 学生姓名 年级专业 班级学号 指导教师职称

目录 第一部分文献查阅练习 (1) 第二部分文献总结练习 (7) 第三部分科技论文图表练习 (8) 第四部分心得体会 (11)

第一部分文献查阅练习 1、黄毅,陈永胜.石墨烯的功能化及其相关应用.中国科学B辑:化学2009年第39卷第9期:887-896 摘要:石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料,其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质.过去几年中,石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点.在石墨烯的研究和应用中,为了充分发挥其优良性质,并改善其成型加工性(如分散性和溶解性等),必须对石墨烯进行功能化,研究人员也在这方面开展了积极而有效的工作.但是,关于石墨烯的功能化方面的研究还处在探索阶段,对各种功能化的方法和效果还缺乏系统的认识.如何根据实际需求对石墨烯进行预期和可控的功能化是我们所面临的机遇和挑战.本文重点阐述了石墨烯的共价键和非共价键功能化领域的最新进展,并对功能化石墨烯的应用作了介绍,最后对相关领域的发展趋势作了展望. 关键词:功能化应用 2、胡耀娟,金娟.石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用. 物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)Acta Phys.-Chim.Sin.,2010,26(8):2073-2086 摘要:石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料,它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质.有关石墨烯的基础和应用研究已成为当前的前沿和热点课题之一.本文仅就目前石墨烯的制备方法、功能化方法以及在化学领域中的应用作一综述,重点阐述石墨烯应用于化学修饰电极、化学电源、催化剂和药物载体以及气体传感器等方面的研究进展,并对石墨烯在相关领域的应用前景作了展望。 关键词:制备功能化应用. 3、杨永岗,陈成猛,温月芳.新型炭材料.第23卷第3期 2008年9月:193-200 摘要:石墨烯是单原子厚度的二维碳原子晶体,也是性能优异的新型纳米复合填料。近三年来,石墨烯从概念上的二维材料变成现实材料,在化学和物理学界均引起轰动。通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合

石墨烯的发展概况

2015年秋季学期研究生课程考核 (读书报告、研究报告) 考核科目:复合材料专题报告学生所在院(系):航天学院 学生所在学科:工程力学 学生姓名:刘猛雄 学号:15S018001 学生类别:学术型 考核结果阅卷人

1 石墨烯的制备 (3) 1.1 试剂 (3) 1.2 仪器设备 (3) 1.3 样品制备 (4) 2 石墨烯表征 (4) 2.1 石墨烯表征手段 (4) 2.2 石墨烯热学性能及表征 (6) 2.2.1 石墨烯导热机制 (6) 2.2.2石墨烯热导率的理论预测与数值模拟 (6) 2.2.3 石墨烯导热性能的实验测定 (7) 3 石墨烯力学性能研究 (9) 3.1石墨烯的不平整性和稳定性 (10) 3.2 石墨烯的杨氏模量、强度等基本力学性能参数的预测 (11) 3.3石墨烯力学性能的温度相关性和应变率相关性 (12) 3.4 原子尺度缺陷和掺杂等对石墨烯力学性能的影响 (13)

石墨烯的材料与力学性能分析石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点,石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料。2004年Geim等用微机械剥离的方法成功地将石墨层片剥离, 观察到单层石墨层片, 这种单独存在的二维有序碳被科学家们称为石墨烯。2004 年英国科学家首次制备出了由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体—石墨烯,其厚度只有0.3354 nm,是目前世界上发现最薄的材料。石墨烯具有特殊的单原子层结构和新奇的物理性质:强度达130GPa、热导率约5000 J/(m2K2s)、禁带宽度乎为零、载流子迁移率达到23105 cm2/(V2s)、高透明度(约97.7%)、比表面积理论计算值为2630 m2/g,石墨烯的杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)与碳纳米管相当,它还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和零载流子浓度极限下的最小量子电导率等一系列性质。在过去几年中,石墨烯已经成为了材料科学领域的一个研究热点。为了更好地利用石墨烯的这些特性,研究者采用了多种方法制备石墨烯。随着低成本可化学修饰石墨烯的出现,人们可以更好地利用其特性制备出不同功能的石墨烯复合材料。 1 石墨烯的制备 石墨烯的制备从最早的机械剥离法开始逐渐发展出多种制备方法,如:晶体外延生长法、化学气相沉积法、液相直接剥离法以及高温脱氧和化学还原法等。我国科研工作者较早开展了石墨烯制备的研究工作。化学气相沉积法是一种制备大面积石墨烯的常用方法。目前大多使用烃类气体(如CH4、C2H2、C2H4等)作为前驱体提供碳源,也可以利用固体碳聚体提供碳源,如Sun等利用化学气相沉积法将聚合物薄膜沉积在金属催化剂基体上,制备出高质量层数可控的石墨烯。与化学气相沉积法相比,等离子体增强化学气相沉积法可在更低的沉积温度和更短的反应时间内制备出单层石墨烯。此外晶体外延生长法通过加热单晶6H-SiC 脱除Si,从而得到在SiC表面外延生长的石墨烯。但是SiC晶体表面在高温过程中会发生重构而使得表面结构较为复杂,因此很难获得大面积、厚度均一的石墨烯。而溶剂热法因高温高压封闭体系下可制备高质量石墨烯的特点也越来越受研究人员的关注。相比于其他方法,通过有机合成法可以制备无缺陷且具有确定结构的石墨烯纳米带。 1.1 试剂 细鳞片石墨(青岛申墅石墨制品厂,含碳量90%-99.9%,过200 目筛),高锰酸钾(KMnO4,纯度≥99.5%),浓硫酸(H2SO4, 纯度95.0%-98.0%),过氧化氢(H2O2, 纯度≥30%), 浓盐酸(HCl, 纯度36.0%-38.0%)均购自成都市科龙化工试剂厂;氢氧化钠(NaOH, 纯度≥96%)购自天津市致远化学试剂有限公司;水合肼(N2H42H2O, 纯度≥80%)购自成都联合化工试剂研究所. 实验用水为超纯水(>10 MΩ2cm). 1.2 仪器设备 恒温水浴锅(DF-101型,河南予华仪器有限公司), 电子天平(JT2003型,余姚市金诺天平仪器有限公司),真空泵(SHZ-D(Ⅲ)型,巩义市瑞德仪器设备有限公司),超声波清洗器(KQ5200DE型, 昆山市超声仪器有限公司),离心机(CF16RX型, 日本日立公司),数字式pH计(PHS-2C型,上海日岛科学仪器有限公司),超纯水系统(UPT-II-10T型,成都超纯科技有限公司)。

石墨烯真正应用前景在哪

石墨烯真正应用前景在哪? Graphenano公司相关负责人称,虽然此电池具有各种优良的性能,但成本并不高,该电池的成本将比一般锂离子电池低77%,完全在消费者承受范围之内。 这则消息在国内被很多媒体转载报道,在新能源汽车界和锂电界引起了很大反响。最近有不少朋友询问笔者:“会做石墨烯电池吗?石墨烯电池前景如何?什么时候量产?”笔者相信,很多锂电界同仁也有类似的问题。并不是所有人都有电化学或者材料学背景,关注石墨烯电池也可能是出于不同目的,所以他们都不会问一个最基本的问题:什么是石墨烯电池? 在本文中,笔者希望能够揭开笼罩在石墨烯电池上面的神秘面纱,让大家真正了解石墨烯在电化学储能方面的应用价值,而不是被一些非专业的记者或者炒作者蒙蔽,即便真相也许并不是那么鼓舞人心。

什么是石墨烯?先来看看维基百科的定义:“石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,它幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系數高達5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-8 俜m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。” 最薄、最坚硬、最导热、最导电,这所有的光环都在告诉人们,石墨烯是一种多么神奇的材料啊!但是笔者要提醒的是,国际上对Graphene的定义是1-2层的nanosheet才能称之为是Graphene,并且只有没有任何缺陷的石墨烯才具备这些完美特性,而实际生产的石墨烯多为多层且存在缺陷。 石墨烯主要有如下几种生产方法: ·机械剥离法。当年Geim研究组就是利用3M的胶带手工制备出了石墨烯的,但是这种方法产率极低而且得到的石墨

石墨烯的制备方法概述

石墨烯的制备方法概述 1物理法制备石墨烯 物理方法通常是以廉价的石墨或膨胀石墨为原料,通过机械剥离法、取向附生法、液相或气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得,操作相对简单,合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。 1.1机械剥离法 机械剥离法或微机械剥离法是最简单的一种方法,即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。Novoselovt等于2004年用一种极为简单的微机械剥离法成功地从高定向热 解石墨上剥离并观测到单层石墨烯,验证了单层石墨烯的独立存在。具体工艺如下:首先利用氧等离子在1mm厚的高 定向热解石墨表面进行离子刻蚀,当在表面刻蚀出宽20μm —2mm、5μm的微槽后,用光刻胶将其粘到玻璃衬底上, 再用透明胶带反复撕揭,然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声,最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中,利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。 但是这种方法存在一些缺点,如所获得的产物尺寸不易控制,无法可靠地制备出长度足够的石墨烯,因此不能满足工业化需求。

1.2取向附生法—晶膜生长 PeterW.Sutter等使用稀有金属钌作为生长基质,利用基质的原子结构“种”出了石墨烯。首先在1150°C下让C原子渗入钌中,然后冷却至850°C,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面,在整个基质表面形成镜片形状的单层碳原子“孤岛”,“孤岛”逐渐长大,最终长成一层完整的石墨烯。第一层覆盖率达80%后,第二层开始生长,底层的石墨烯与基质间存在强烈的交互作用,第二层形成后就前一层与基质几乎完全分离,只剩下弱电耦合,这样制得了单层石墨烯薄片。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀,且石墨烯和基质之间的黏合会影响制得的石墨烯薄片的特性。 1.3液相和气相直接剥离法 液相和气相直接剥离法指的是直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000°C以上把表面含氧基团除去来获取)加在某种有机溶剂或水中,借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。Coleman等参照液相剥离碳纳米管的方式将墨分散在N-甲基-吡咯烷酮(NMP)中,超声1h后单层石墨烯的产率为1%,而长时间的 超声(462h)可使石墨烯浓度高达1.2mg/mL。研究表明,当溶剂与石墨烯的表面能相匹配时,溶剂与石墨烯之间的相互作用可以平衡剥离石墨烯所需的能量,能够较好地剥离石墨烯

石墨烯研究现状及应用前景

石墨烯材料研究现状及应用前景 崔志强 (重庆文理学院材料与化工学院,重庆永川402160) 摘要:近几年来, 石墨烯材料以其独特的结构和优异的性能, 在化学、物理和材料学界引起了轰动。本文引用大量最新的参考文献,阐述了石墨烯的制备方法如机械剥离法、取向附生法、加热 SiC 法、爆炸法、石墨插层法、热膨胀剥离法、电化学法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法、球磨法等,分析了各种制备方法的优缺点。论述了石墨烯材料在透明电极、传感器、超级电容器、能源储存、复合材料等方面的应用,同时简要分析了石墨烯材料研究的现实意义,展望了其未来的发展前景。 关键词:石墨烯材料;制备方法;现实意义;发展现状;应用前景 中图分类号: TQ323 文献标识码:A 文章编号: Research status and application prospect of graphene materials Cui Zhiqiang (Faculty of materials and chemical engineering, Chongqing Academy of Arts and Sciences, Yongchuan, Chongqing 402160) Abstract: In recent years, graphene has caused a sensation in chemical, physical and material science due to its unique structure and excellent properties. Cited in this paper a large number of the latest references, expounds the graphene preparation methods such as layer method, thermal mechanical stripping method, orientation epiphytic method, heating SiC method, explosion, graphite intercalation expansion stripping method, electrochemical method, chemical vapor phase deposition method, graphite oxide reduction method, ball milling method, and analyze the advantages and disadvantages of various preparation methods. This paper discusses the application of graphene materials in transparent electrodes, sensors, super capacitors, energy storage and composite materials, and briefly analyzes the practical significance of the study of graphene materials, and gives a prospect of its future development. Keywords: graphene materials; preparation methods; practical significance; development status; application prospect 0 引言 1985 年英美科学家发现富勒烯[1]和1991 年日本物理学家Iijima 发现碳纳米管[2],加之英国曼彻斯特大学科学家于2004 年成功制备石墨烯[3]之后,金刚石(三维)、石墨(三维)、石墨烯(二维)、碳纳米管(一维)和富勒烯(零维)组成了一个完整的碳系材料“家族”。从理论上说,石墨烯是除金刚石外所有碳晶体的基本结构单元,如果从石墨烯上“剪”出不同形状的薄片,进一步就可以包覆成零维的富勒烯,卷曲成一维的碳纳米管,堆叠成三维的石墨,如图1 所示[4]。由于石墨烯优异的电学、热学、力学性能,近年来各国科研人员对其的研究日益增长,已经是材料科学领域的研究热点之一。2010 年诺贝尔物理学奖揭晓[5-6]之后,人们对石墨烯的研究和关注越来越多,新的发现不断涌现。在不断深入研究石墨烯的制备方法和性质的过程中,其应用领域也在不断扩大。由于石墨烯缺乏带隙以及在室温下的超高电子迁移率、低于银铜的电阻率、高热导率[7]等,在光电晶体管、生化传感器、电池电极材料和复合材料方面有着很高

石墨烯的制备及评价综述

石墨烯的制备及评价综述 摘要:近年来, 石墨烯以其独特的结构和优异的电学性能和热学性能, 在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣。人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展, 为石墨烯的基础研究和应用开发提供了原料保障。通过大量引用参考文献, 简要了解石墨烯的应用方面,并综述石墨烯的几种制备方法: 物理方法(微机械剥离法、液相或气相直接剥离法)与化学法(化学气相沉积法、晶体外延生长法、氧化?还原法)[1]。通过分析比较各种制备方法的优缺点, 对几种方法进行评价,并指出了自己的看法。 关键词:石墨烯制备方法综述 中图分类号:O613 文献标识码:A Preparation and Application of Graphene Abstract: Graphene has attracted much interest in recent years due to its unique and outstanding properties. Different routes to prepare graphene have been developed and achieved. Brief introduction of application of graphene is given in this article. Preparation methods of graphene used in recent years are intensively introduced, including micromechanical cleavage, chemical vapor deposition, liquid/gasphase-based exfoliation of graphite, epitaxial growth on an insulator, chemical reduction of exfoliated graphene oxide, etc. And their advantages and shortcomings are further discussed in detail. I have also given my own opinion by the end of this article. Key words: graphene; preparation; overview 正文 2010年10月5日,英国曼彻斯特大学科学家安德烈·盖姆与康斯坦丁·诺沃肖洛夫因在二维空间材料石墨烯的突破性实验获得2010年诺贝尔物理学奖。一时间,石墨烯成为科学家们关注的焦点。石墨烯以其独特的结构,以及其优越的电学性能和导热性能,在物理、化学以及材料学界引起了广泛的研究兴趣。 石墨烯或称纳米石墨片,是指一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子薄膜,它是由单层六角元胞碳原子组成的蜂窝状二维晶体。简单地说,它是单原子层的石墨晶体薄膜,其晶格是由碳原子构成的二维六角蜂窝结构。其厚度为0.34nm,是二维纳米结构。它是其他石墨材料的基本组成。当包裹起来的时候,就组成富勒烯。同时,他也是另一种重要材料――碳纳米管的组成,碳纳米管就是由这种结构卷曲构成的。三维的石墨则是有许多的石墨烯层叠而成。[2]

石墨烯的应用领域

第二章石墨烯应用领域 石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和高比表面积,近年来受到化学、物理、材料、能源、环境等领域的极大重视,应用前景广阔,被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。具体在五个应用领域:一是储能领域。石墨烯可用于制造超级电容器、超级锂电池等。二是光电器件领域。石墨烯可用于制造太阳能电池、晶体管、电脑芯片、触摸屏、电子纸等。三是材料领域。石墨烯可作为新的添加剂,用于制造新型涂料以及制作防静电材料。四是生物医药领域。石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性,可用于药物载体、生物诊断、荧光成像、生物监测等。五是散热领域。石墨烯散热薄膜可广泛应用于超薄大功耗电子产品,比如当前全球热销的智能手机、IPAD 电脑、半导体照明和液晶电视等。 中国科学院预计,到2024年前后,石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体(CMOS)器件,在纳米电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。目前,全球范围内仅电子行业每年需消耗大约2500吨半导体晶硅,纯石墨烯的市场价格约为人民币1000元/g ,其若能替代晶硅市场份额的10%,就可以获得5000亿元以上的经济利益;全球每年对负极材料的需求量在2.5万吨以上,并保持了20%以上的增长,石墨烯若能作为负极材料获得锂离子电池市场份额的10%,就可以获得2500吨的市场规模。可见,石墨烯具有广阔的应用空间和巨大的经济效益。

正是在这一背景下,目前国内外对石墨烯技术的应用研究如火如荼,具体应用如下: 2.1 石墨烯锂离子电池 锂离子电池具有容量大、循环寿命长、无记忆性等优点,目前已成为全球消费类电子产品的首选电池以及新能源汽车的主流电池。高能量密度、快速充电是锂电池产品发展的必然趋势,在正极材料中添加导电剂是一种有效改善锂电性能的途径,可大大增加正负极的导电性能、提高电池体积能量密度、降低电阻,增加锂离子脱嵌及嵌入速度,显著提升电池的倍率充放电等性能,提高电动车的快充性能。 所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作,而是在电池的电

石墨烯纳米材料及其应用

石墨烯纳米材料及其应用

石 墨 烯 纳 米 材 料 及 其 应 用 二〇一七年十二月

目录 摘要 (4) 1引言 (4) 2石墨烯纳米材料介绍 (4) 3石墨烯纳米材料吸附污染物 (6) 3.1金属离子吸附 (6) 3.2有机化合物的吸附 (7) 4石墨烯在膜及脱盐技术上的应用 (9) 4.1石墨烯基膜 (9) 4.2采用石墨烯材料进行膜改进 (10) 4.3石墨烯基膜在脱盐技术的应用 (11) 5展望 (12)

摘要 石墨烯因为其独特的物理化学方面的性质,特别是其拥有较高的比表面积、较高的电导率、较好的机械强度和导热性,使其作为一种新颖的纳米材料赢得了越来越广泛的关注。 关键词:石墨烯;碳材料;环境问题;纳米材料 1引言 随着世界人口的增长,农业和工业生产出现大规模化的趋势。空气,土壤和水生生态系统受到严重的污染;全球气候变暖等环境问题正在成为政治和科学关注的重点。目前全球已经开始了解人类活动对环境的影响,并开发新技术来减轻相关的健康和环境影响。在这些新技术中,纳米技术的发展已经引起了广泛的关注。 纳米材料由于其在纳米级尺寸而具有独特的性质,可用于设计新技术或提高现有工艺的性能。纳米材料在水处理,能源生产和传感方面已经有了诸多应用,越来越多的文献描述了如何使用新型纳米材料来应对重大的环境挑战。 石墨烯引起了诸多研究人员的关注。石墨烯是以sp2杂化连接的碳原子层构成的二维材料,其厚度仅为一个碳原子层的厚度。这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”,被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、最有韧性的新型材料。石墨烯具有超高的强度,碳原子间的强大作用力使其成为目前已知力学强度最高的材料。石墨烯还具有特殊的电光热特性,包括室温下高速的电子迁移率、半整数量子霍尔效应、自旋轨道交互作用、高理论比表面积、高热导率和高模量、高强度,被认为在单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广泛的应用前景。在环境领域,石墨烯已被应用于新型吸附剂或光催化材料,其作为下一代水处理膜的构件,常用作污染物监测。2石墨烯纳米材料介绍 单层石墨烯属于单原子层紧密堆积的二维晶体结构(Fig.1)。在石墨烯平面内,碳原子以六元环形式周期性排列,每个碳原子通过σ键与临近的三个碳原子

综述石墨烯的制备与应用

半导体物理课程作业 石墨烯的制备与应用(材料)

目录 一、石墨烯概述 (2) 二、石磨烯的制备 (3) 1、机械剥离法 (3) 2、外延生长法 (5) 3、化学气相沉积法 (6) 4、氧化石墨-还原法 (6) 5、电弧法 (9) 6、电化学还原法 (9) 7、有机合成法 (10) 三、石墨烯的应用 (11) 1、石墨烯在电子器件领域的应用 (11) 1.1 石墨烯场效应晶体管 (11) 1.2 石墨烯基计算机芯片 (12) 1.3 石墨烯信息存储器件 (13) 2、石墨烯在能源领域的应用 (14) 2.1 石墨烯超级电容器 (14) 2.2 锂离子电池 (15) 2.3 太阳能电池 (16) 2.4 储氢/甲烷器件 (17) 3、石墨烯在材料领域的应用 (18) 3.1 特氟龙材料替代物 (18) 3.2 石墨烯聚合物复合材料 (18) 3.3 光电功能材料 (19) 4、石墨烯在生物医药领域的应用 (20) 4.1 基于氧化石墨烯的纳米载药体系 (20) 4.2 氧化石墨烯对DNA/基因/蛋白的选择性检测 (21) 4.3用于生物成像技术 (23) 4.4 石墨烯在肿瘤治疗方面的应用 (23) 四、总结及展望 (24) 参考文献 (25)

一、石墨烯概述 碳广泛存在于自然界中,是构成生命有机体的基本元素之一。碳基材料是材料界中一类非常具有魅力的物质,从无定形的碳黑到晶体结构的天然层状石墨;从零维纳米结构富勒烯到一维碳纳米管无不给人们带来炫丽多彩的科学新思路。而二维碳基材料石墨烯的发现,不仅极大地丰富了碳材料的家族,而且其所具有的特殊纳米结构和性能,使得石墨烯无论是在理论还是实验研究方面都已展示出了重大的科学意义和应用价值,从而为碳基材料的研究提供新的目标和方向。 碳的晶体结构—石墨和金刚石(三维)是自然界中最早为人们熟知的两种碳同素异构体,因化学成键方式不同而具有截然相反的特性。1985年,一种被称为“巴基 (零维)被首次发现,三位发现者于11年后, 即1996年获诺贝尔球”的足球形分子C 60 化学奖。1991年,由石墨层片卷曲而成的一维管状结构: 碳纳米管被发现,发现者饭岛澄男(Sumio Iijima)于2008年获卡弗里纳米科学奖。石墨烯(Graphene)是只有一个原子层厚的单层石墨片,是石墨的极限形式。作为碳的二维晶体结构, 石墨烯的出现最终为人类勾勒出一幅点、线、面、体(从零维到三维)相结合的完美画面(图1)。 图1 碳的晶体结构 石墨烯作为一种独特的二维晶体,有着非常优异的性能:具有超大的比表面积,理论值为2630m2/g;机械性能优异,杨氏模量达1.0TPa;热导率为5300W·m-1·K-1,是铜热导率的10多倍;几乎完全透明,对光只有2.3%的吸收;在电和磁性能方面具有很多奇特的性质,如室温量子霍尔效应、双极性电场效应、铁磁性、超导性及高

石墨烯材料应用前景

?石墨烯? ? ?Х ? 附一、充分利用石墨烯及量子点,新一代器件纷纷发布(?23义) 附二、 2010年诺贝尔物理学奖授予石墨烯发明者,广泛应用于半导体及透明电极(?28义) 附三、石墨烯诺贝尔奖获得者访问日本,“双层石墨烯其载流子迁移率也可超过100万”(?29义)附四、碳电子学时代是否会因石墨烯而到来(?30义) 附五、如何发挥石墨烯的潜力?东京大学解析载流子迁移率的劣化原理(?33义) 附六、在石墨烯开发上也领先一步的三星(?35义)

一、 进入实用化竞争阶段,应用例不断出现 2010 ??? ?? ? ?? ???お? ? ?? ? ?? ? ??? ?? ?? ??? ?г ?? ?? ? ? ?催? ???催? ? ?▔ ?? ? ???∴ 催 ???∴ㄝ ? ?? ??? ? ?????a?LBNL??b? ???c??????d?e? ? ? “?? ?? ”? ???? ? ? ? ? “? ?”?? ?? ? ? ??? ?? ? 1??? ?? ?? ? ? ??? ?? ? ㄝ ?乚 ? ?

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浅谈石墨烯的发展与应用

浅谈石墨烯的发展与应用 碳元素广泛存在于自然界,其独特的物性和多样的形态随着人类文明的进步而逐渐被发现。自1985年富勒烯和1991年碳纳米管被科学家发现以后,三维的金刚石、一维的碳纳米管、零维的富勒球组成了碳系家族。碳的零维、一维、三维结构材料已经被实验证实可以稳定存在的,那二维的理想石墨烯(Graphene)片层能自由存在吗?关于准二维晶体的存在性,科学界一直存在争论。早先科学家认为,准二维晶体材料由于其本身的热力学不稳定性,在室温环境下会迅速分解或拆解,长程有序结构在无限的二维体系中无法维持。但单层Graphene作为研究碳纳米管的理论模型得到了广泛的关注。直到2004年,英国曼彻斯特大学的物理学教授Geim等用一种极为简单的方法剥离并观测到了自由且稳定存在的单层Graphene,掀起了一场关于Graphene理论与实验的研究新热潮。Graphene 是材料科学和凝聚态物理学领域的一颗迅速上升的新星。尽管一般的材料要等到商业产品的出现,其应用价值才能被肯定,但是Graphene在基础科学中的重要性却无需更多的证明。虽然Graphene走过的历史很短,但是这种严格的二维材料具有特殊的晶体学和电学性质,并且在应用方面有可预见的价值。 一、Graphene的结构 Graphene是由碳原子六角结构(蜂窝状)紧密排列的二维单层石墨层。每个碳原子通过σ键与其它三个碳原子连接,由于每个碳原子有四个价电子,所以每个碳原子又会贡献出一个未成键的π电子。这些π电子在晶体中自由移动赋予了Graphene良好的导电性。同时,Graphene还可以包成0维富勒烯,卷成1维碳纳米管,叠成3维石墨,它是众多碳质材料的基元,如果对Graphene有更深入的了解,就有可能依照人们的意愿定向制备某种需要的碳质材料。在此有一点需要说明,Graphene层并不是完全平整的,它具有物质微观状态下固有的粗糙性,表面会出现起伏如波浪一般。这种褶皱会自发的产生并且最大厚度可达到0.8nm,也有一种观点认为褶皱是由于衬底与Graphene相互作用导致的,具体原因还在进一步研究中。 在回顾关于Graphene早先的工作之前,定义什么是2维晶体是很有用的。很显然,单原子薄层是2维晶体,100个单原子层的叠加可以认为是一个薄的3维材料。但是具体多少层才算是3维材料?对于Graphene,这个问题变得比较明朗。众所周知,电子结构随着层数的变化而迅速演变,10层的厚度就可以达到3维石墨的限制要求。在很好的近似下,单层和双层Graphene都有简单的电子光谱:它们都是具有一种电子和一种空穴的零带隙的半导体(亦即零交叠半金属)。对于三及三以上数目的薄层,光谱将变得复杂:许多电荷载体出现,导带和价带也明显的交叠。这一条件就将Graphene区分成三类:单、双、多(3到<10)层Graphene,更厚的结构可以被认为是薄层的石墨。 二、Graphene的性质 虽然有很多新的2维材料,但是目前几乎所有的试验和理论的成果都集中在Graphene上,而忽略了其它2维晶体的存在。对Graphene的这种偏爱是否公

石墨烯发展概况

2015 年秋季学期研究生课程考核 (读书报告、研究报告) 考核科目:复合材料专题报告 学生所在院(系):航天学院 学生所在学科:工程力学 学生姓名:刘猛雄 学号:15S018001 学生类别:学术型 考核结果阅卷人 1 石墨烯的制备 ........................................................................................ 错误!未定义书签。 1.1 试剂................................................................................................. 错误!未定义书签。 1.2 仪器设备......................................................................................... 错误!未定义书签。 1.3 样品制备......................................................................................... 错误!未定义书签。 2 石墨烯表征 ............................................................................................ 错误!未定义书签。 2.1 石墨烯表征手段 ............................................................................. 错误!未定义书签。 2.2 石墨烯热学性能及表征 ................................................................. 错误!未定义书签。 2.2.1 石墨烯导热机制 ...................................................................... 错误!未定义书签。 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。 2.2.3 石墨烯导热性能的实验测定 .................................................. 错误!未定义书签。 3 石墨烯力学性能研究 ............................................................................ 错误!未定义书签。 3.1石墨烯的不平整性和稳定性 .......................................................... 错误!未定义书签。 3.2 石墨烯的杨氏模量、强度等基本力学性能参数的预测 ............. 错误!未定义书签。 3.3石墨烯力学性能的温度相关性和应变率相关性 .......................... 错误!未定义书签。 3.4 原子尺度缺陷和掺杂等对石墨烯力学性能的影响 ..................... 错误!未定义书签。 石墨烯的材料与力学性能分析石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点,石墨烯是一种由单层

石墨烯纳米材料及其应用

石 墨 烯 纳 米 材 料 及 其 应 用 二〇一七年十二月

目录 摘要 (3) 1引言 (3) 2石墨烯纳米材料介绍 (3) 3石墨烯纳米材料吸附污染物 (5) 3.1金属离子吸附 (5) 3.2有机化合物的吸附 (6) 4石墨烯在膜及脱盐技术上的应用 (8) 4.1石墨烯基膜 (8) 4.2采用石墨烯材料进行膜改进 (9) 4.3石墨烯基膜在脱盐技术的应用 (10) 5展望 (11)

摘要 石墨烯因为其独特的物理化学方面的性质,特别是其拥有较高的比表面积、较高的电导率、较好的机械强度和导热性,使其作为一种新颖的纳米材料赢得了越来越广泛的关注。 关键词:石墨烯;碳材料;环境问题;纳米材料 1引言 随着世界人口的增长,农业和工业生产出现大规模化的趋势。空气,土壤和水生生态系统受到严重的污染;全球气候变暖等环境问题正在成为政治和科学关注的重点。目前全球已经开始了解人类活动对环境的影响,并开发新技术来减轻相关的健康和环境影响。在这些新技术中,纳米技术的发展已经引起了广泛的关注。 纳米材料由于其在纳米级尺寸而具有独特的性质,可用于设计新技术或提高现有工艺的性能。纳米材料在水处理,能源生产和传感方面已经有了诸多应用,越来越多的文献描述了如何使用新型纳米材料来应对重大的环境挑战。 石墨烯引起了诸多研究人员的关注。石墨烯是以sp2杂化连接的碳原子层构成的二维材料,其厚度仅为一个碳原子层的厚度。这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”,被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、最有韧性的新型材料。石墨烯具有超高的强度,碳原子间的强大作用力使其成为目前已知力学强度最高的材料。石墨烯还具有特殊的电光热特性,包括室温下高速的电子迁移率、半整数量子霍尔效应、自旋轨道交互作用、高理论比表面积、高热导率和高模量、高强度,被认为在单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广泛的应用前景。在环境领域,石墨烯已被应用于新型吸附剂或光催化材料,其作为下一代水处理膜的构件,常用作污染物监测。2石墨烯纳米材料介绍 单层石墨烯属于单原子层紧密堆积的二维晶体结构(Fig.1)。在石墨烯平面内,碳原子以六元环形式周期性排列,每个碳原子通过σ键与临近的三个碳原子

石墨烯材料的研究进展论文

石墨烯材料的研究进展 摘要:石墨烯是近年被发现和合成的一种新型二维碳质纳米材料。由于其独特的结构 和新奇的物化性能,在改善复合材料的热性能、力学性能和电性能等方面具有很大的潜力,已成为纳米复合材料研究的热点。综述了石墨烯纳米复合材料的制备与应用研究进展,并对石墨烯纳米复合材料的发展前景进行了展望。 关键词:石墨烯;纳米复合材料;制备;应用 1,材料的基本情况 石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料,是构成其它碳同素异形体的基本单元。石墨烯的理论研究已有60多年的历史,一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在。2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫用胶带反复剥离高定向热解石墨的方法,得到了稳定存在的石墨烯。石墨烯的出现颠覆了传统理论,使碳的晶体结构形成了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系。 石墨烯的结构非常稳定。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧,当施加外力于石墨烯时,碳原子面会弯曲变形,使得碳原子不必重新排列来适应外力,从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。石墨烯是构成石墨,木炭,碳纳米管和富勒烯碳同素异形体的基本单元。完美的石墨烯是二维的,它只包括六边形(等角六边形); 如果有五边形和七边形存在,则会构成石墨烯的缺陷。12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管 石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,人们发现,石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性,它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高于碳纳米管和金刚石,石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料,据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜(厚度约100 纳米),那么它将能承受大约两吨重物品的压力,而不至于断裂,石墨烯是世界上导电性最好的材料。 常温下其电子迁移率比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率比铜或银更低,为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。石墨烯另一个特性,是能够在常温下观察到量子霍尔效应。 2,最热的应用合成 石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄,强度超大的特性,石墨烯可被广泛应用于各领域. 根据其优异的导电性,使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机,碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。最小最快石墨烯晶体管。2011年4月7日IBM向媒体展示了其最快的石墨烯晶体管,该产品每秒能执行1550亿个循环操作,比之前的试验用晶体管快50%。 石墨烯材料还是一种优良的改性剂,在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面,由

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