关于石墨烯材料的调研报告

关于石墨烯材料的调研报告
关于石墨烯材料的调研报告

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关于石墨烯材料的调研报告

目录

调研提纲 (1)

报告正文 (3)

一、石墨烯简介 (3)

二、石墨烯的性质 (3)

三、石墨烯的制备方法 (4)

四、石墨烯的应用 (5)

五、石墨烯在锂电池中的应用 (7)

六、石墨烯产业的国际现状 (8)

七、我国石墨烯发展所存在的问题 (8)

八、推进我国石墨烯产业健康发展的对策建议 (10)

调研材料 (11)

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调研提纲

从2010年10月初两位英国科学家因为发现石墨烯而获得诺贝尔物理学奖后,石墨烯在我国成为热点词汇,各地科研院所争相研究,企业争相投资,连地方政府也考虑将其产业化。石墨烯成为争取国家资金支持最热的项目,似乎石墨烯时代已经到来,世界将由石墨烯应用而发生重大改变。本文在全面分析石墨烯全球技术和产业进展的同时,对到底如何正确认识石墨烯,石墨烯行业的整体轮廓如何,石墨烯产业化的道路到底还有多远,并提出了发展我国石墨烯技术和产业的切实建议。

2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃消洛夫(Konstantin Novoselov)发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。这以后,制备石墨烯的新方法层出不穷。2009年,安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应,他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。在发现石墨烯以前,大多数物理学家认为,热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以,它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯能够在实验中被制备出来。

2018年3月31日,中国首条全自动量产石墨烯有机太阳能光电子器件生产线在山东菏泽启动,该项目主要生产可在弱光下发电的石墨烯有机太阳能电池(下称石墨烯OPV),破解了应用局限、对角度敏感、不易造型这三大太阳能发电难题。

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2018年6月27日,中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布新制订的团体标准《含有石墨烯材料的产品命名指南》。这项标准规定了石墨烯材料相关新产品的命名方法。

本次调研主要是针对石墨烯材料进行的一项调查研究。对于材料专业而言,石墨烯材料近些年来大受欢迎,原因就是它具有许多材料不曾有的物理和化学方面的优良特性。但是,如同两百年前的电一样,虽然被发现了,但是要做到普遍存在还是有些困难。

本次调研的主要内容是,对石墨烯进行了简单介绍,还有石墨烯的众多物理化学方面的优良特性,再就是石墨烯的应用以及详细提到了石墨烯在锂电池方面的应用,以及石墨烯产业的现状,最后是国际上关于石墨烯开发研究及制备的一些公司,和国内的一些研发机构和公司。

报告正文

一、石墨烯简介

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,是只有一个碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在。石墨烯是已知强度最高的物质,是已知电阻率最小的材料,是已知最薄的材料,是已知导热率最高的材料,并且拥有超大的比表面积。超大比表面积使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。

实际上石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过,留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

二、石墨烯的性质

石墨烯的出现,有望在构造材料、电子器件功能性材料等诸多领域引发材料革命。由于其具有许多特殊性质,有日本的研究人员惊呼石墨烯是“神仙创造”的材料。许多学者称石墨烯为“改变21世纪的材料”,并预测“21世纪将是碳(C)的时代”。

相比于现有材料,石墨烯拥有众多“史上最强”性能。

1、超强导电性:由于石墨烯拥有完美的“二维”平面晶格结构,因此电子在晶格中移动时,不会因为晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。另外,由于石墨烯中碳原子之间作用力很强,使得运动中的电子受到的干扰极小,即使在周围碳原子发生碰撞时也是如此,因此电子具有非常快的运动速度(能够达到光速

1/300),远远超过了电子在其他金属导体或半导体中的运动速度,正因如此,石墨烯拥有超强的导电性能。

2、超高强度:石墨烯的硬度高于金刚石,是目前为止人类已知的硬度最高的物质。由于高的硬度,石墨烯拥有很高的强度,其强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。而同时它又拥有很好的韧性,且可以弯曲。

3、导热性能:石墨烯的导热性能优于碳纳米管。普通碳纳米管的导热系数可3500w/m·k,各种金属中导热系数相对较高的有银、金、铜、铝。而单层石墨烯的导热系数可达5300w/m·k。优异的导热性能使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料。

4、超大比表面积:由于单层石墨烯只有一个碳原子厚(0.335nm),所以石墨烯拥有超大的比表面积。石墨烯这种比表面积超大的特性使它在储能领域的应用潜力巨大。

三、石墨烯的制备方法

1.机械剥离法:机械剥离法是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动,得到石墨烯薄层材料的方法。这种方法操作简单,得到的石墨烯通常保持着完整的晶体结构。2004年,英国两位科学使用透明胶带对天然石墨进行层层剥离取得石墨烯的方法,也归为机械剥离法,这种方法一度被认为生产效率低,无法工业化量产。虽然这种方法可以制备微米大小的石墨烯,但是其可控性较低,难以实现大规模合成。

2.氧化还原法:氧化还原法是通过使用硫酸、硝酸等化学试剂及高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨氧化,增大石墨层之间的间距,在石墨层与层之间插入氧化物,制得氧化石墨(Graphite Oxide)。然后将反应物进行水洗,并对洗净后的固体进行低温干燥,制得氧化石墨粉体。通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离,制得氧化石墨烯。最后通过化学法将氧化石墨烯还原,得到石墨烯(RGO)。这种方法操作简单,产量高,但是产品质量较低。氧化还原法使用硫酸、硝酸等强酸,存在较大的危险性,又须使用大量的水进行清洗,带大较大的环境污染。

使用氧化还原法制备的石墨烯,含有较丰富的含氧官能团,易于改性。但由于在对氧化石墨烯进行还原时,较难控制还原后石墨烯的氧含量,同时氧化石墨烯在阳光照射、运输时车厢内高温等外界每件影响下会不断的还原,因此氧化还原法生产的石墨烯逐批产品的品质往往不一致,难以控制品质。

3.取向附生法:取向附生法是利用生长基质原子结构"种"出石墨烯,首先让碳原子在1150℃下渗入钌,然后冷却,冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面,最终镜片形状的单层的碳原子会长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖后,第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的相互作用,而第二层后就几乎与钌完全分离,只剩下弱电耦合。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碳层的特性。

4.碳化硅外延法:SiC外延法是通过在超高真空的高温环境下,使硅原子升华脱离材料,剩下的C原子通过自组形式重构,从而得到基于SiC衬底的石墨烯。这种方法可以获得高质量的石墨烯,但是这种方法对设备要求较高。

5.赫默法:通过Hummer法制备氧化石墨;将氧化石墨放入水中超声分散,形成均匀分散、质量浓度为0.25g/L~1g/L的氧化石墨烯溶液,再向所述的氧化石墨

烯溶液中滴加质量浓度为28%的氨水;将还原剂溶于水中,形成质量浓度为

0.25g/L~2g/L的水溶液;将配制的氧化石墨烯溶液和还原剂水溶液混合均匀,将所得混合溶液置于油浴条件下搅拌,反应完毕后,将混合物过滤洗涤、烘干后得到石墨烯。

6.化学气相沉积法:化学气相沉积法即(CVD)是使用含碳有机气体为原料进行气相沉积制得石墨烯薄膜的方法。这是目前生产石墨烯薄膜最有效的方法。这种方法制备的石墨烯具有面积大和质量高的特点,但现阶段成本较高,工艺条件还需进一步完善。由于石墨烯薄膜的厚度很薄,因此大面积的石墨烯薄膜无法单独使用,必须附着在宏观器件中才有使用价值,例如触摸屏、加热器件等。

低压气相沉积法是部分学者使用的,其将单层石墨烯在Ir表面上生成,通过进一步研究可知,这种石墨烯结构可以跨越金属台阶,连续性的和微米尺度的单层碳结构逐渐在Ir表面上形成。毫米量级的单晶石墨烯是利用表面偏析的方法得到的。厘米量级的石墨烯和在多晶Ni薄膜上外延生长石墨烯是由部分学者发现的,在1000℃下加热300纳米厚的Ni 膜表面,同时在CH4气氛中进行暴露,经过一段时间的反应后,大面积的少数层石墨烯薄膜会在金属表面形成。

四、石墨烯的应用

1.基础研究:石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义,它使得一些此前只能在理论上进行论证的量子效应可以通过实验经行验证。在二维的石墨烯中,电子的质量仿佛是不存在的,这种性质使石墨烯成为了一种罕见的可用于研究相对论量子力学的凝聚态物质--因为无质量的粒子必须以光速运动,从而必须用相对论量子力学来描述,这为理论物理学家们提供了一个崭新的研究方向:一些原来需要在巨型粒子加速器中进行的试验,可以在小型实验室内用石墨烯进行。

零能隙的半导体主要是单层石墨烯,这种电子结构会严重影响到气体分子在其表面上的作用。单层石墨烯较体相石墨表面反应活性增强的功能是由石墨烯的氢化反应和氧化反应结果显示出来的,说明石墨烯的电子结构可以调变其表面的活性。另外,石墨烯的电子结构可以通过气体分子吸附的诱导而发生相应的变化,其不但对载流子的浓度进行改变,同时可以掺杂不同的石墨烯。

2.传感器:石墨烯可以做成化学传感器,这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的,根据部分学者的研究可知,石墨烯化学探测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。石墨烯是电化学生物传感器的理想材料,石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。

3.晶体管:石墨烯可以用来制作晶体管,由于石墨烯结构的高度稳定性,这

种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。相比之下,目前以硅为材料的晶体管在10纳米左右的尺度上就会失去稳定性;石墨烯中电子对外场的反应速度超快这一特点,又使得由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率。例如IBM公司在2010年2月就已宣布将石墨烯晶体管的工作频率提高到了100GHz,超过同等尺度的硅晶体管。

4.柔性显示屏:消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目,成为未来移动设备显示屏的发展趋势。柔性显示未来市场广阔,作为基础材料的石墨烯前景也被看好。韩国研究人员首次制造出了又多层石墨烯和玻璃纤维聚酯片基底组成的柔性透明显示屏。韩国三星公司和成均馆大学的研究人员在一个63厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上,制造出了一块电视机大小的纯石墨烯。他们表示,这是迄今为止"块头"最大的石墨烯块。随后,他们用该石墨烯块制造出了一块柔性触摸屏。研究人员表示,从理论上来讲,人们可以卷起智能手机,然后像铅笔一样将其别在耳后。

5.新能源电池:新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。美国麻省理工学院已成功研制出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板,可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本,这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外,石墨烯超级电池的成功研发,也解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题,极大加速了新能源电池产业的发展。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。

6.海水淡化:石墨烯过滤器比其他海水淡化技术要使用的多。水环境中的氧化石墨烯薄膜与水亲密接触后,可形成约0.9纳米宽的通道,小于这一尺寸的离子或分子可以快速通过。通过机械手段进一步压缩石墨烯薄膜中的毛细通道尺寸,控制孔径大小,能高效过滤海水中的盐分。

7.储氢材料:石墨烯具有质量轻、高化学稳定性和高比表面积等优点,使之成为储氢材料的最佳候选者。

8.航空航天:由于高导电性、高强度、超轻薄等特性,石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。2014年,美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器,就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。

9.感光元件:以石墨烯作为感光元件材质的新型感光元件,可望透过特殊结构,让感光能力比现有CMOS或CCD提高上千倍,而且损耗的能源也仅需原本10%。可应用在监视器与卫星成像领域中,可以应用于照相机、智能手机等。

10.复合材料:基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向,

其在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出了优良性能,具有广阔的应用前景。目前石墨烯复合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料上,而随着对石墨烯研究的深入,石墨烯增强体在块体金属基复合材料中的应用也越来越受到人们的重视。石墨烯制成的多功能聚合物复合材料、高强度多孔陶瓷材料,增强了复合材料的许多特殊性能。

11.生物:石墨烯被用来加速人类骨髓间充质干细胞的成骨分化,同时也被用来制造碳化硅上外延石墨烯的生物传感器。同时石墨烯可以作为一个神经接口电极,而不会改变或破坏性能,如信号强度或疤痕组织的形成。由于具有柔韧性、生物相容性和导电性等特性,石墨烯电极在体内比钨或硅电极稳定得多。石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长十分有效,而且不会伤害到人体细胞。

五、石墨烯在锂电池中的应用

石墨烯电池,利用锂电池在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池。由于石墨烯电池在汽车和移动设备上的应用成功,电动汽车的环保无污染优点市场需求量大,电动汽车的发展前景乐观,另一个电子产品的巨大市场规模。这两大块需求市场将带动石墨烯电池未来巨大的市场需求。目前,需要解决的石墨烯电池的生产成本高,生产技术工艺改善以及推广等问题。

国内主要研究的是石墨烯运用到锂电池上,而非全新体系的石墨烯电池。石墨烯是一种新型材料,是已知材料中最薄的一种。由于它的电阻率低,电子迁移的速度极快,表面积大和电性能良好,被科学家认为是锂离子电池的理想电极材料。公开资料显示,近年来石墨烯等新型负极材料的研发与应用,开始受到业内的关注。研究证明,将石墨烯应用于锂离子电池负极材料中,可以大幅度提高负极材料的电容量和大倍率充放电性能。石墨烯可阻止复合材料中纳米粒子的团聚,缓解充放电过程中的体积效应,延长材料的循环寿命。粒子在石墨烯表面的附着,可减少材料形成SEI膜过程中与电解反应的能量损失。

特斯拉CEO马斯克近目在接受英国汽车杂志采访时表示,正在研究高性能电池,特斯拉电动车的续行里程很快将能达到800公里,比目前增长近70%。其表示,特斯拉始终致力于打造纯电动汽车,将继续革新电池技术,不考虑造混合动力车。特斯拉Model3电动汽车的续行里程有望达320公里,售价约为3.5万美元。此外,石墨烯兼具高强度、高导电性、柔韧性等优点,应用于锂电池负极材料后,可大幅度提高其电容量和大倍率充放电性能,或成特斯拉电池的理想材料。

特斯拉研究高能电池石墨烯或为理想材料,这项新技术的核心在于,新型多孔石墨烯材料含有巨大的内部表面区域,因此能实现在极短时间内充电。所充电能量与普通锂电池的电能量相当。更重要的是,石墨烯电池电极在经过1万次充放电之后。能量密度并未出现明显损失。

六、石墨烯产业的国际现状

各国纷纷布局石墨烯,抢占产业制高点。目前,全球已有80多个国家投入石墨烯的研发、生产。美国、欧盟、日本、韩国等相继发布或资助了一系列相关研究计划和项目。特别是欧盟制定了石墨烯旗舰计划,计划投入10亿欧元。

全球石墨烯研发、生产综合实力最强的前三甲是美国、日本、中国。不仅如此,IBM、英特尔、陶氏化学、三星等国际知名跨国企业纷纷将石墨烯及其应用技术作为长期战略发展方向,而且还涌现出了大批专门从事石墨烯研发、生产和应用的机构和企业。目前正处于概念导入期、产业化突破前期。实验室成果和专利产品要成为商品,一般需要经过5个阶段:实验室研发——实验工厂(小试)——示范生产线(中试)——示范工厂——规模化生产,每个阶段都不可或缺,并且都潜在着风险,不可能一蹴而就,这个过程需要10年、20年、甚至更长时间。比如,硅材料历经了20多年、碳纤维坚持了半个多世纪。

目前以石墨烯粉末(体)为原料的低端产品,如功能涂料、复合材料、电极材料和结构增强型材料等,虽然部分已初步产业化,但规模小、技术含量不高、附加值较低。而以石墨烯薄膜为原料的高端产品,如微电子材料和显示屏薄膜材料等,或处于实验室阶段,或处于中试阶段,短时间内均难以实现产业化。欧美等发达国家认为,目前石墨烯技术成熟度还在1-4级,尚不适宜大规模产业化。

七、我国石墨烯发展所存在的问题

我国石墨烯产业发展的现状存在很多问题,虽然我国现在为全球石墨烯研发和产业化最为活跃的国家之一。我国高度重视石墨烯的研发与产业化发展。上至国家领导人,下至地方政府、媒体、企业和普通老百姓都十分关注石墨烯及产业的发展进展。国家自然基金委、科技部、国家发改委、工信部等相关部委都高度重视石墨烯的研发、生产与应用,不断加大投入和支持力度。目前已经有几百家科研机构和公司从事石墨烯材料及其相关产品的研发。

我国石墨烯技术创新成果频出,产业化发展势头迅猛,走在世界前列。据统计,截止2016年底,我国石墨烯专利申请量占全球68.2%,85%以上的理工科学校都有石墨烯相关的研究团队,有的高校甚至一个学校就多达10多个研究团

队。2017年,两项石墨烯研究成果获得国家科技进步奖。不仅如此,我国从事石墨烯研发、生产的企业数也是全球最多。截至2017年底,全国在工商登记注册的石墨烯企业4800家。我国石墨烯应用产品上百种,但是得到市场认可的寥寥无几。资本市场也纷纷拿石墨烯进行炒作,一些投资机构和上市企业纷纷进军石墨烯领域。目前涉及石墨烯概念股将近40-50家。各地政府纷纷通过制定产业规划、建立产业园区、设立重点科技专项和产业引导基金、建立产业联盟和技术创新联盟、组建研究院和出台扶持政策等措施,支持石墨烯产业的发展。目前,石墨烯虽然已经走出了实验室,但是大规模商业化应用仍然面临着很多制约因素。

1.技术问题。包括制备、分散、应用和环保等关键技术和装备都尚未突破。虽然目前石墨烯制备技术已经有20多种,但规模化、低成本、高品质和大尺寸的宏量制备技术尚未取得实质性突破,难以满足工业化量产的需求。材料的分散技术,以及与下游工艺、工程化应用相结合的技术等都还制约着产业化进程。

2.市场问题。虽然目前各种应用产品层出不穷,百花齐放,但是缺乏真正的高品质、高附加值和体现石墨烯独特性能的杀手锏级产品,绝大多数只不过是对传统材料进行改性或者努力替代已经成熟的材料,经过改性后的材料性能提升并不明显,或者石墨烯并不是非添加不可,个别甚至在添加之后出现不良后果,难以得到市场认可。一些研究机构或企业号称取得了突破进展,也只不过是做出了样品或实验室产品,根本没有形成商品。目前大多数石墨烯生产企业还主要是给科研机构或下游应用企业提供石墨烯试用品。如果下游应用市场没有激活,石墨烯就很难产业化。

3.成本问题。目前大多数企业尚处于小批量生产的探索阶段,还不能形成稳定的规模化生产能力,没有资金的回笼;且企业前期的研发投入资金量大、周期长,应用市场没有打开,所以不论是材料本身,还是应用产品的成本都很高,这都阻碍了石墨烯进一步走向市场。

此外,石墨烯产业化之路还存在其他一些障碍。比如,石墨烯在某些性能方面本身也存在竞争性材料,如碳纤维、碳纳米管、硅材料、石墨烯粉体等。石墨烯制备还存在着环境风险。氧化石墨烯制备过程中需要大量的酸、碱,材料本身具有较强的稳定性和极易扩散,对环境具有较大的风险。石墨烯的标准缺乏,加之一些误导,使得人们对石墨烯还存在认知上的误区,如片面夸大石墨烯的微观性能、将“类石墨烯”石墨烯化(如将石墨烯、氧化石墨烯、石墨粉体等混为一谈)、石墨烯必须依托石墨资源等。

八、推进我国石墨烯产业健康发展的对策建议

国内外学者和产业界都认为石墨烯是一种新型的二维碳材料,看好其广阔的应用前景。但是,在媒体、资本的热炒下,石墨烯也呈现出产业化虚假繁荣的泡沫和低端化趋势,市场化应用频频遇冷,遭到了人们的质疑。如果人们被鼓噪起来的热情和厚望迟迟得不到兑现或者幻灭,最终将导致石墨烯产业陷入纳米、超导等材料的命运,狂热之后是彻底地逃离、失望和不信任,这对石墨烯的研发和产业化将是致命的打击。那麽如何推进我国石墨烯产业的健康发展呢?

1.要重新审视和评估我国石墨烯发展方向和阶段。在深入研究美国、欧盟、日本、韩国等国家的石墨烯发展策略、重点方向、研发布局等,把握国际研究的主流方向,对我国石墨烯的研发方向进行重新审视,避免方向的错误和偏差.

2.将石墨烯重点研究方向与制造业强国战略相统一.围绕新一代信息技术、航空航天装备、节能与新能源汽车、生物医药等重点领域发展需求,聚焦重点,从国家层面进行前沿性和战略性方向、专利和产品的布局,而对于那些技术含量不高的产品、技术交给市场。

3.遵循相应的科学规律和阶段性特征,加强顶层设计和政策指导。制定相应的发展战略、规划和路线图,对各阶段的发展目标、产业布局、重点企业培育、关键技术突破、下游应用行业、政策等进行统一部署,合理规划产能和发展路径,推进石墨烯差异化、特色化、集群化发展,避免低端同质化重复建设。

4.加强专利的前瞻布局和质量提升。加强石墨烯专利申请前的评估、细化专利鼓励政策、建立完善公众专利审查制度、加强专利授权事后审查等,提升专利质量和水平;引导实力较强的研究院所联合企业加强专利的前瞻性、系统性布局,尤其在半导体器件、医疗健康、环境领域(如海水淡化、污水处理等)、基因测序等高技术含量领域进行专利布局。

5.尽快研究制定石墨烯技术成熟度路线图.对技术进行成熟度评价和重点企业技术成熟度、经营状况、产品销售等进行评估,科学评判其产业化阶段性和发展前景,避免盲目乐观,过度炒作。坚决制止一蹴而就、急功近利和投机心理,树立严谨务实、坚持不懈的工匠精神,引导媒体正确地宣传。

6.推动制约产业发展的关键技术的突破。整合各类创新资源,建立国家级石墨烯创新中心,制定技术创新目录和技术突破路线图,对材料制备技术、清洁生产技术、下游高端应用等关键技术加强攻关。设立石墨烯产业基金,采用政策性财政支出和社会资本共同参与的模式,加快关键技术成果的转化,寻找杀手锏级的高端应用领域、方向和产品。

调研材料

国内主要的研发机构有:中国科学院金属研究所、宁波材料所、浙江大学、东南大学、清华大学、上海交通大学、天津大学、南京大学、西安电子科技大学、北京大学、中国科学技术大学等。我国也在进行石墨烯专利的申请,根据新世界专利搜索(SOOPAT)专利检索引擎,截至2013年6月,目前国内机构共申请3000余件石墨烯相关的发明专利,其中456件已经获得中国知识产权局的专利授权,主要集中在石墨烯的制备和石墨烯应用领域。另外还有2000余件尚在审查中,也从侧面反映出国内近几年在这一领域的活跃状态。表1给出了国内单位在石墨烯专利申请数和授权数量的排名情况。由表1可以看出,国内目前在石墨烯方向专利主要还是集中在各大院校以及研究机构当中,如浙江大学、北京大学、清华大学、天津大学、上海交通大学等院校以及中国科学院下属的各个院所等科研机构等。相对于高校和研究院涉及还有待进一步加强。

石墨烯调研报告

石墨烯报告 一、石墨烯定义、性质 (一)石墨烯定义 “中国石墨烯产业技术创新战略联盟”发布的1号标准文件中,对石墨烯的定义如下:石墨烯是一种二维碳材料,是单层石墨烯、双层石墨烯、和少层石墨烯的统称。 单层石墨烯是指由一层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 双层石墨烯是指由两层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式(包括AB堆垛,AA堆垛,AA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。 少层石墨烯是指由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式(包括ABC堆垛,ABA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。 图1 石墨烯的分类 石墨烯发展历史。石墨烯作为当下最热门的新材料之一,其经历了如下的发展历程: 图2 石墨烯的发展历程 (二)石墨烯性质

石墨烯的出现,有望在构造材料、电子器件功能性材料等诸多领域引发材料革命。由于其具有许多特殊性质,有日本的研究人员惊呼石墨烯是“神仙创造” 的材料。许多学者称石墨烯为“改变21世纪的材料”,并预测“21世纪将是碳(C)的时代”。 相比于现有材料,石墨烯拥有众多“史上最强”性能。 超强导电性:由于石墨烯拥有完美的“二维”平面晶格结构,因此电子在晶格中移动时,不会因为晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。另外,由于石墨烯中碳原子之间作用力很强,使得运动中的电子受到的干扰极小,即使在周围碳原子发生碰撞时也是如此,因此电子具有非常快的运动速度(能够达到光速1/300),远远超过了电子在其他金属导体或半导体中的运动速度,正因如此,石墨烯拥有超强的导电性能。 超高强度:石墨烯的硬度高于金刚石,是目前为止人类已知的硬度最高的物质。由于高的硬度,石墨烯拥有很高的强度,其强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。而同时它又拥有很好的韧性,且可以弯曲。 导热性能:石墨烯的导热性能优于碳纳米管。普通碳纳米管的导热系数可3500w/m·k,各种金属中导热系数相对较高的有银、金、铜、铝。而单层石墨烯的导热系数可达5300w/m·k。优异的导热性能使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料。 超大比表面积:由于单层石墨烯只有一个碳原子厚(0.335nm),所以石墨烯拥有超大的比表面积。在理想情况下,单层石墨烯的比表面积能够达2630m2/g,而目前普通的活性炭的比表面积为1500 m2/g,石墨烯这种比表面积超大的特性使它在储能领域的应用潜力巨大。 图3 石墨烯史上最强性能 除此之外,石墨烯还有众多“独特”的特点: 图4 石墨烯独特性质

石墨烯量子点调研报告

石墨烯调研报告(石墨烯量子点) 零维的石墨烯量子点(grapheme quantum dots, GQDs),由于其尺寸在10nm以下,同二维的石墨烯纳米片和一维的石墨烯纳米带相比,表现出更强的量子限域效应和边界效应,因此,在许多领域如太阳能光电器件,生物医药,发光二极管和传感器等有着更加诱人的应用前景。 GQDs的制备 GQDs具有特殊的结构和独特的光学性质,即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。GQDs的粒径大多在10 nm左右,厚度只有0.5到1.0 nm,表面含有羟基、羰基、羧基基团,使得其具有良好的水溶性。 GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。top-down 法指将大片的石墨烯母体氧化切割成尺寸较小的石墨烯纳米片,经进一步剪切成GODs,主要有水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法。 水热法是制备GQDs最为常见的一种方法,先将氧化石墨烯在氮气保护下热还原为GNSs,接着将GNSs置于混酸(混酸体积比VH2SO4/VHNO3 =1:3)中超声氧化,再将氧化的GNSs置于高压反应釜中200℃热切割。反应机理如图3所示,Pan等采用该方法化学切割石墨烯制备GQDs,其径主要分布在5-14 nm,并发现量子点在紫外区有较强光学吸收,吸收峰尾部扩展到可见区。光致发光光谱一般是宽峰并且与激发波长有关,当激发波长从300到407 nm变化,发射峰向长波方向移动,激发波长为60nm时,量子点发出明亮的蓝色光,此时发射峰最强。 图3. 水热法制备GQDs反应机理 Fig. 3 mechanism for the preparation of GQDs by hydrothermal method Jin等采用两步法,先用水热法制备出GQDs,再将聚乙二醇二胺修饰到GQDs 上。该法制备的胺功能化的石墨烯量子点可通过功能化物的迁移效应有效地调节石墨烯量子点的光致发光性能。

石墨烯量子点制备与应用

石墨烯量子点的概述 石墨烯量子点的性质 GQDs是准零维结构的纳米材料,由于其自身半径小于波尔激发半径,原子内部的电子在三维方向上的运动均受到限制,所以量子局域效应十分显着,因此具有许多独特的物理和化学性质。其与传统的半导体量子点(QDs)相比,GQDs 具有如下独特的性质:不含高毒性的金属元素如镉、铅等,属环保型量子点材料;自身结构稳定,耐强酸和强碱,耐光漂白;厚度可达到单个原子层,横向尺寸可达到几个互相联接的苯环大小,却能够保持高度的化学稳定性;带隙宽度范围可调,原则上可通过量子局域效应和边缘效应在0~5 eV 范围内调节,从而将波长范围从近红外区扩展到可见光区及深紫外区,从而满足了各种技术对材料能隙和特征波长的要求;容易实现表面功能化,可稳定分散于常用的化学试剂,满足材料低成本加工处理的需求。GQDs拥有的发光特性主要是通过光致发光和电化学发光产生,其中荧光性能是GQDs最突出的性能,GQDs的荧光性质主要包括:激发荧光稳定性高且具有抗光漂白性;荧光发射波长可以进行可控调节,有些GQDs还具有上转换荧光性质;激发光谱宽且连续,可以进行一元激发、多元发射。目前关于GQDs的光致发光机理主要有两个:(1)官能团效应,即在GQDs表面进行化学修饰,使得GQDs表面产生能量势阱,表面物理化学状态发生显着变化,导致其荧光量子产率提高;(2)尺寸效应,即GQDs的荧光性能取决于粒径尺寸的大小。GQDs还是优良的电子给体和电子受体,因此GQDs在能量存储、光电转化和电磁学领域具有重要的研究意义,同时在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要潜在应用价值。 石墨烯量子点的制备 GQDs的合成方法可以分为两大类:自上而下法和自下而上法,如图1-1所示。自上而下法是通过简单的物理化学作用,进行热解和机械剥离块状石墨,得到尺寸较小的GQDs,是最常用的制备方法,比如改进的Hummers法,其使用的原料廉价,但是反应条件比较苛刻,制备周期比较长,通常需要经过强酸、强氧

2021石墨烯行业研究分析报告

2021年石墨烯行业研究 分析报告

目录 1.石墨烯行业现状 (4) 1.1石墨烯行业定义及产业链分析 (4) 1.2石墨烯市场规模分析 (5) 2.石墨烯行业前景趋势 (6) 2.1石墨烯的应用领域十分广泛 (6) 2.2行业进入快速发展期 (6) 2.3产业集群逐步扩大 (7) 2.4用户体验提升成为趋势 (8) 2.5行业协同整合成为趋势 (8) 3.石墨烯行业存在的问题 (8) 3.1技术问题 (8) 3.2市场问题 (9) 3.3成本问题 (9) 3.4关键技术有待突破 (9) 3.5应用市场有待拓展 (10) 3.6标准体系有待完善 (10) 3.7产业结构调整进展缓慢 (11) 3.8供给不足,产业化程度较低 (11) 4.石墨烯行业政策环境分析 (13) 4.1石墨烯行业政策环境分析 (13)

4.2石墨烯行业经济环境分析 (13) 4.3石墨烯行业社会环境分析 (13) 4.4石墨烯行业技术环境分析 (14) 5.石墨烯行业竞争分析 (15) 5.1石墨烯行业竞争分析 (15) 5.1.1对上游议价能力分析 (15) 5.1.2对下游议价能力分析 (15) 5.1.3潜在进入者分析 (16) 5.1.4替代品或替代服务分析 (16) 5.2中国石墨烯行业品牌竞争格局分析 (17) 5.3中国石墨烯行业竞争强度分析 (17) 6.石墨烯产业投资分析 (18) 6.1中国石墨烯技术投资趋势分析 (18) 6.2中国石墨烯行业投资风险 (18) 6.3中国石墨烯行业投资收益 (19)

1.石墨烯行业现状 1.1石墨烯行业定义及产业链分析 石墨烯行业是指从事石墨烯相关性质的生产、服务的单位或个体的组织结构体系的总称。深刻认知石墨烯行业定义,对预测并引导石墨烯行业前景,指导行业投资方向至关重要。石墨烯具有非常好的导热性、电导性、透光性,而且具有高强度、超轻薄、超大比表面积等特性,广泛应用于锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等方面。并且在政策的扶持鼓励下,我国石墨烯产业近年迎来大发展,被业界普遍看好其发展,国内企业也越来越重视对石墨烯的研究和投资。 我国石墨烯行业在经过短暂的结构调整后,淘汰掉落后产能、筛选掉不合格企业,并且随着居民消费观念的转变和消费需求的

关于石墨烯电池的调研报告范文

关于石墨烯电池的调研报告 0引言 《世界报》的一则关于西班牙Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池的消息,引起了世界各地的转发与评论,该消息称石墨烯聚合材料电池能够提给电动车1000公里的续航能力,而其充电时间不到8分钟。为调查此消息的真实性与石墨烯聚合材料电池的可行性,于是检索、收集了大量的资料,并总结做出了自己的调查结果。 1石墨烯简介 石墨烯(Graphene )是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至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,成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因「在二维石墨烯材料的开创性实验」为由,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达K m W ?/5300,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过s V cm ?/215000,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约m ?Ω-810,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展更薄、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。 特斯拉CEO 马斯克近目在接受英国汽车杂志采访时表示,正在研究高性能电池,特斯拉电动车的续行里程很快将能达到800公里,比目前增长近70%。其表示,特斯拉始终致力于打造纯电动汽车,将继续革新电池技术,不考虑造混合动力车。特斯拉Model3电动汽车的续行里程有望达N320公里,售价约为3.5万美元。[]《功能材料信息》 2014年第11卷第4期 56-56页据悉,石墨烯兼具高强度、高导电性、柔韧性等优点,应用于锂电池负极材料后,可大幅度提高其电容量和大倍率充放电性能 ,或成特斯拉电池的理想材料。 特斯拉研究高能电池石墨烯或为理想材料 这项新技术的核心在于,新型多孔石墨烯材料含有巨大的内部表面区域,因此能实现在极短时间内充电。所充电能量与普通锂电池的电能量相当。更重要的是,石墨烯电池电极在经过1万次充放电之后。能量密度并未出现明显损失。 这种多孔石墨烯材料的超级电容,还可以为电动车节省大量的能量"如今,电动车的电能浪费现象仍旧普遍存在" 1新闻方面 首先,我从网上搜索了相关的新闻,包括ZOL 新闻中心科技频道的“石墨烯电池或将引领改革:充电10分钟跑1000公里”说道“这项突破性研究,为人类认知石墨烯等材料特性带来全新发现,并有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性的进步”;21世纪经济报道的“中国2015年量产石墨烯锂电池或颠覆电动车行业”说道“2014年12月初,西方媒体报

石墨烯量子点的制备方法

石墨烯量子点的制备、表征与应用研究 氧化石墨(GO)的制备 本文采用改进的Hummers法对天然鳞片石墨进行氧化处理制备氧化石墨(GO),[20, 21] 具体如下:在干燥的三颈烧瓶中加入46 mL 98%浓硫酸,低温冷却至0-4℃。强力搅拌下加入2 g天然鳞片石墨和1 g硝酸钠,且控制水浴温度至4℃以下1小时。随后分几次缓慢加入6 g高锰酸钾,继续搅拌反应1 h,溶液呈墨绿色,然后将锥形瓶置于35℃的恒温水浴中,继续搅拌反应2 h,反应结束后搅拌下加入100 mL二次蒸馏水,控制温度在90℃继续搅拌1 h,用150 mL二次蒸馏水稀释反应液,再加入10 mL 30%双氧水,搅拌至溶液呈金黄色。趁热抽滤,用5%盐酸和去离子水充分洗涤棕黄色沉淀物至pH值≈7。将棕黄色沉淀物放置在60℃的烘箱中干燥12 h,得氧化石墨烯固体,保存备用。 还原石墨烯的制备 化学还原石墨烯是用水合肼还原氧化石墨烯制得。称取4.2.2得到的氧化石墨烯50 mg置于100 mL圆底烧瓶中,加入二次蒸馏水至100 mL,超声约0.5 h 使其完全溶解。取50 mL氧化石墨烯分散液于250 mL烧杯中,然后加入50 μL 35%水合肼溶液和350 μL浓氨水,混合均匀,剧烈搅拌几分钟。置于95℃水浴中反应1 h,溶液慢慢由棕褐色变为黑色。待溶液冷却至室温时,用0.22 μm的滤膜进行抽滤,将滤得的沉淀物于60℃干燥12 h,即得到所需的还原石墨烯薄膜。 石墨烯量子点(GQDs)的制备 石墨烯量子点(GQDs)的电化学制备是在0.01 mol L-1磷酸盐缓冲溶液(PBS)中进行的。用滴管向缓冲溶液中滴加两滴4 mg/mL巯基丙氨酸溶液作为分散剂,在±0.3v电压内以0.5 v s-1的扫描速率进行循环伏安(CV)扫描。由以上制得的石墨烯薄膜(5 mm×10 mm)作工作电极,Pt丝作辅助电极,甘汞电极作参比电极。过程中有石墨烯粒子从薄膜上剥落进入溶液中,溶液由无色变为黄色。将黄色溶液进一步用透析袋透析(透析袋截留分子量:3000道尔顿,袋外初始水体积为500 mL),每天换两次水,透析三天,得到石墨烯量子点水溶液。

中国石墨烯行业发展报告

2016年中国石墨烯行业发展报告 前言 2016年以来,石墨烯概念股如东旭光电、华丽家族、方大炭素、中泰化学等备受资本追捧。国内外各大锂电企业有关石墨烯项目布局,有的选择石墨烯导电剂技术研发,有的走向石墨烯复合正负极材料之路。这其中,不乏号称已经生产出“石墨烯电池”的锂电企业。石墨烯火热的背后,具体应用领域潜力如何?都有哪些助推的洪荒之力? 一、国家政策鼓励支持石墨烯产业发展 近年来,国家出台多项政策,鼓励支持石墨烯产业发展。国家各部委不断出台指导意见和规划文件,明确了对石墨烯材料的支持与发展要求。 二、石墨烯的技术研究进入快速发展轨道 从石墨烯相关专利申请趋势看,其相关专利的申请在上个世纪末就已出现,但随后发展较为缓慢。直到2008年后,专利申请数量才开始出现实质性的大幅增长。特别是在安德烈·K·海姆教授和科斯佳·诺沃谢洛夫研究员因对石墨烯的研究共同获得2010年诺贝尔物理学奖以后,全球石墨烯专利申请数量开始急剧增长,其中,2014年全球石墨烯相关专利的申请数量就高达5047件,表明石墨烯的相关技术研究进入快速发展轨道。 根据石墨烯相关专利历年的申请情况,结合每年专利发明人数量,2008年以前为石墨烯研发技术的萌芽阶段,2008年至2015年为技术的成长阶段,而2015年之后石墨烯研发生产及应用技术开始趋向于成熟,即成熟阶段初期,这个阶段石墨烯开始逐步小规模生产,但是,其生产及应用技术仍有待于进一步突破。 三、石墨烯应用需求多样化,引领多领域划时代的变革 石墨烯是由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格材料,单层石墨烯薄膜只有一个碳原子厚度,是目前已知的最薄的一种新材料,具有极高的比表面积、超强的导电性和强度以及透明度等优点。石墨烯同时具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料所不具备的性能,未来有望在电子、储能、催化剂、传感器、光电透明薄膜、超强复合材料以及生物医疗等众多领域应用,可以说是未来最有前景的先进材料之一,引领多领域划时代的变革。 《中国制造2025》提出:明确要求高度关注颠覆性新材料对传统材料的影响,做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿材料提前布局和研制,加快基础材料升级换代。《<中国制造2025>重点领域技术路线图(2015年版)》中称,石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模,2025年整体产业规模突破千亿”的发展目标。 1、导电油墨:石墨烯导电油墨具备成本优势

石墨烯项目可行性报告

石墨烯项目 可行性报告 规划设计/投资分析/产业运营

摘要说明— 目前,中国在石墨烯相关技术研发方面走在世界前列,遥遥领先于美 日韩等发达国家。而在石墨烯技术应用方面,化工、储能和电子器件是最 主要的应用领域,其中石墨烯在锂离子电池的应用前景备受关注。 该石墨烯项目计划总投资5674.58万元,其中:固定资产投资4452.16万元,占项目总投资的78.46%;流动资金1222.42万元,占项目总投资的21.54%。 达产年营业收入10440.00万元,总成本费用8076.93万元,税金及附 加100.56万元,利润总额2363.07万元,利税总额2789.57万元,税后净 利润1772.30万元,达产年纳税总额1017.27万元;达产年投资利润率 41.64%,投资利税率49.16%,投资回报率31.23%,全部投资回收期4.70年,提供就业职位182个。 报告内容:项目总论、项目建设必要性分析、项目调研分析、建设规 划方案、项目建设地研究、土建方案、工艺技术说明、项目环境保护分析、生产安全保护、项目风险说明、项目节能概况、项目实施安排、项目投资 情况、项目经营效益、项目总结、建议等。 规划设计/投资分析/产业运营

石墨烯项目可行性报告目录 第一章项目总论 第二章项目建设必要性分析第三章建设规划方案 第四章项目建设地研究 第五章土建方案 第六章工艺技术说明 第七章项目环境保护分析第八章生产安全保护 第九章项目风险说明 第十章项目节能概况 第十一章项目实施安排 第十二章项目投资情况 第十三章项目经营效益 第十四章招标方案 第十五章项目总结、建议

2018年石墨烯产业发展现状分析报告

2018年石墨烯产业发展现状分析报告

目录 一 产业概况 (一)产业规模 (二)产业链分析 1. 产业链上游 2. 产业链中游 3. 产业链下游 (三)石墨烯产业区域分布 1. 石墨烯产业全球分布 2. 我国石墨烯产业区域分布 (四)国内外重点企业动态 二 产业技术进展 (一)国外技术进展 (二)国内技术进展 三 产业发展问题及对策建议 (一)石墨烯产业发展存在的问题 (二)政策建议 图表目录 表1 石墨烯制备方法 表2 石墨烯应用产品及相关企业 表3 我国石墨烯主要产区企业分布 表4 国内主要石墨烯企业动态 表5 各国石墨烯技术动态 表6 我国石墨烯技术动态 图1 2011-2017年我国石墨烯企业增长情况 图2 石墨烯技术专利申请数量的年度分析 图3 我国受理的石墨烯专利公开数量年度变化趋势图4 全球石墨烯专利受理地区及机构分析 图5 我国新注册石墨烯企业地区分布

摘 要:一石墨烯作为最受关注的新材料,2017年产业化进程不断加快,但受制于制备技术工艺不成熟二应用市场缺少实质性产 品,石墨烯突破产业化瓶颈尚需时日三与此同时,我国石墨 烯产业在发展过程中逐渐显现出同质化发展的苗头三未来, 需要进一步优化石墨烯产业市场环境,加强政策支撑二服务 支撑二产业支撑,提高石墨烯市场集中度和产业竞争力,以 推动石墨烯产业持续健康发展三 一 产业概况 总体来看,2017年石墨烯产业延续了近几年火热的势头,依然是社会关注度最高的新材料,产业规模不断扩大呈爆发式增长势头,技术专利数量快速增长,正在接近实现产业化三但是,从产业生命周期的角度看,石墨烯产业仍处在导入期:大量企业进入二中小企业为主二中上游产业发展速度相对较快二产业下游缺乏具有实质性应用产品,石墨烯产业化道路任重而道远三

基于石墨烯量子点的传感器在分析检测中的应用分析

基于石墨烯量子点的传感器在分析检测中的应用 姓名李丽娟学号 S131110042 摘要:石墨烯量子点优良的物理化学性质及石墨烯量子点边缘的羧基或者氨基基团使其易与多种有机的,聚合的,无机的或者生物种类相互作用。本文主要介绍了石墨烯量子点的制备方法以及基于(类)石墨烯量子点、(类)石墨烯材料的荧光传感器在分析检测中的应用,并详细介绍了分析检测的原理,以期为石墨烯量子点在分析检测中的应用提供相关参考与依据。 关键词:石墨烯量子点荧光检测 1 引言 最近,石墨烯获得了广泛的关注由于其独特的电子光学机械以及热学性质。大量基于石墨烯的生物传感器被开发来检测核酸,蛋白质,毒素和生物分子。石墨烯片层的形态包括它们的大小,形状以及厚度都可以有效的决定它们的性质。例如,石墨烯片层侧面尺寸小于100nm时被称为石墨烯量子点(GQDs),其许多新的化学和物理性质都是由于量子尺寸效应和边缘效应而引起的。GQDs毒性小,稳定性高,溶解性好,光致发旋光性质稳定,生物兼容性较好,使得它们在光电伏打器械,生物传感及成像上有很大的应用前景。本文着重介绍了石墨烯量子点的制备方法以及近年来基于石墨烯量子点与分析物发生作用的不同原理,如荧光共振能量转移,化学共振能量转移及石墨烯量子点表面性质的变化等来检测分析物质,并做出了展望。 2 石墨烯量子点的制备 Fei Liu等[1]成功地用化学剥离石墨纳米颗粒的方法合成了高度均匀的GQDs和GOQDs(氧化石墨烯量子点),如图1所示。该方法获得了高产率的直径在4nm 之内的单层和圆形的GQDs和GOQDs。GOQDs的表面富含各种含氧官能团,GQDs有纯粹的sp2碳晶体结构没有含氧的缺陷,因此提供了一种理想的平台来深入研究纳米尺寸的石墨烯的光致发光的起源。通过描述GQDs和GOQDs的发旋光性质,说明了GOQDs的绿色光致发光来自于含氧官能团的缺陷状态,而GQDs的蓝色发光是由高结晶结构中的内禀态所主导的。此外,GQDs中的蓝色发射显示了一个快速的复合寿命相比于GOQDs中的绿色发射的复合寿命。相比

2014年石墨烯行业分析报告

2014年石墨烯行业分 析报告 2014年4月

目录 一、石墨烯:近乎完美的材料 (4) 1、初识石墨烯 (4) 2、无与伦比的优点 (5) 3、石墨烯将在未来各个领域大放异彩 (6) 4、各国积极布局石墨烯研究 (8) 二、石墨烯的产业化应用前景 (10) 1、电子材料领域 (11) (1)透明导电材料:实现柔性电极、可穿戴设备、高效太阳能电池等技术的关键 (11) (2)电极材料 (15) ①锂电池负极材料:助力提升其整体续航力 (15) ②超级电容器负极材料:良好的功率特性和超快充放电速度 (17) (3)芯片材料:硅的替代者 (20) 2、散热材料领域 (24) 3、环保监测领域 (26) 4、生物医学领域 (28) 三、CVD法是最具产业化条件的石墨烯制备路径 (31) 1、机械剥离法 (32) 2、化学气相沉积法(CVD法) (32) 3、外延生长法 (33) 4、氧化还原法 (33) 四、石墨烯国内外企业产业化进展 (34) 1、国外产业化进展 (34) (1)IBM (34) (2)三星 (34) (3)东芝 (35) (4)诺基亚 (36)

2、国内产业化进展 (37) (1)国内首片15英寸单层石墨烯在渝问世 (37) (2)中国首个纯石墨烯粉末产品发布 (38) (3)全球首条石墨烯生产线项目在宁波投产 (38) 五、石墨烯相关企业简况 (39) 1、金路集团 (39) 2、力合股份 (40) 3、烯碳新材 (40) 4、中国宝安 (41) 5、华丽家族 (41) 6、乐通股份 (42) 7、中钢吉炭 (42) 8、中泰化学 (42) 六、主要风险 (42) 1、石墨烯材料产业化进程不达预期风险 (42) 2、相关上市公司研究成果不达预期风险 (42)

2020年石墨烯行业分析调研报告

2020年石墨烯行业分析 调研报告 2019年12月

目录 1.石墨烯行业概况及市场分析 (5) 1.1石墨烯市场规模分析 (5) 1.2石墨烯行业结构分析 (5) 1.3石墨烯行业PEST分析 (6) 1.4石墨烯行业特征分析 (8) 1.5石墨烯行业国内外对比分析 (8) 2.石墨烯行业存在的问题分析 (10) 2.1政策体系不健全 (10) 2.2基础工作薄弱 (10) 2.3地方认识不足,激励作用有限 (10) 2.4产业结构调整进展缓慢 (10) 2.5技术相对落后 (11) 2.6隐私安全问题 (11) 2.7与用户的互动需不断增强 (12) 2.8管理效率低 (13) 2.9盈利点单一 (13) 2.10过于依赖政府,缺乏主观能动性 (14) 2.11法律风险 (14) 2.12供给不足,产业化程度较低 (14) 2.13人才问题 (15) 2.14产品质量问题 (15)

3.石墨烯行业政策环境 (16) 3.1行业政策体系趋于完善 (16) 3.2一级市场火热,国内专利不断攀升 (16) 3.3“十三五”期间石墨烯建设取得显著业绩 (17) 4.石墨烯产业发展前景 (18) 4.1中国石墨烯行业市场驱动因素分析 (18) 4.2中国石墨烯行业市场规模前景预测 (18) 4.3石墨烯进入大面积推广应用阶段 (18) 4.4政策将会持续利好行业发展 (19) 4.5细分化产品将会最具优势 (19) 4.6石墨烯产业与互联网等产业融合发展机遇 (20) 4.7石墨烯人才培养市场大、国际合作前景广阔 (21) 4.8巨头合纵连横,行业集中趋势将更加显著 (21) 4.9建设上升空间较大,需不断注入活力 (22) 4.10行业发展需突破创新瓶颈 (22) 5.石墨烯行业发展趋势 (24) 5.1宏观机制升级 (24) 5.2服务模式多元化 (24) 5.3新的价格战将不可避免 (24) 5.4社会化特征增强 (24) 5.5信息化实施力度加大 (25) 5.6生态化建设进一步开放 (25)

发光石墨烯量子点的应用及未来展望

发光石墨烯量子点的应用及未来展望 摘要 作为石墨烯家族的最新成员,石墨烯量子点(graphene quantum dots,GQDs)除了具有石墨烯优异的性能之外,还因其明显的量子限域效应和尺寸效应而展现出一系列新颖的特性,吸引了各领域科学家们的广泛关注。在这篇论文中,我们主要综述了石墨烯量子点的制备方法以及潜在应用,此外还说明了石墨烯量子点的发光机制以及对于其的展望。 关键词:石墨烯量子点,发光材料,应用 1引言 碳是地球上储量最丰富的元素之一,一次又一次得带给我们各种明星材料。1985年,克罗托、科尔和斯莫利三位科学家发现了富勒稀(C60)。1996年获得诺贝尔化学奖,这是零维碳材料的首次出现。而1991年碳纳米管的发现则成了一维碳材料的代表。1947年就开始了石墨烯的理论研究,用来描述碳基材料的性质,迄今有60多年历史。直到2004年,Novoselov和Geim (英国曼彻斯特大学教授)利用微机械剥离法使用胶带剥离石墨片,首次制得了目前最薄的二维碳材料—石墨稀,仅有一个原子厚度,2010年他们获得了诺贝尔物理奖,从此石墨稀成了物理学和材料学的热门研究对象。 石墨烯量子点(GQDs),一种新型的量子点,当GQDs尺寸小于100 nm时,就会拥有很强的量子限制效应和边缘效应,当尺寸减小到l0nm时,这两个效应就更加显著,会产生很多有趣的现象,这也引发了广大科学家的研究兴趣。GQDs 具有特殊的结构和独特的光学性质,即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。GQDs的粒径大多在10 nm左右,厚度只有0.5到1.0 nm,表面含有羟基、羰基、羧基基团,使得其具有良好的水溶性。GQDs的合成方法不同,尺寸和含氧量不同,使紫外可见吸收峰位置不同。不同的合成方法使GQDs的光致发光性质不同,光致发光依赖于尺寸、激发波长、pH以及溶剂等。有些GQDs还表现了明显的上转换发光特性,GQDs不仅拥有光致发光性质还有优越的电致化学发光性能。 2合成方法 GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。。自上而下方法是通过物理或化学将大尺寸的石墨烯片“裁剪”成小尺寸的石墨烯量子点的方法。主要包括纳米刻蚀法、水热法、电化学法、溶剂热法、化学剥离碳纤维法、微波辅助法等。这类方法步骤相对简单、产率较高,也是目前应用最多的一类方法。自下而上的方法则是以小分子为前体通过一系列溶液化学反应合成得到石墨烯量子点,这类方法可以对石墨烯量子点的形貌和尺寸精确控制,但步骤繁琐而且操作过程复杂。 2.1自上而下法合成GQDs 在酸氧化石墨稀后,其碳晶格上出现一列环氧基团,这些缺陷在水热条件下很

石墨烯材料的应用

石墨烯材料的应用 Company Document number:WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

石墨烯材料的应用摘要:在学习了功能材料课程后,我们最终选择石墨烯最为我们的介绍材料与最终课程论文报告主题。石墨烯目前是凝聚态物理和材料科学最为活跃的研究前沿,这一非传统的二维材料展现出极好的结晶性及电学质量,它在过去短短几年内已充分显示出在理论研究和应用方面的无穷魅力.论文主要介绍石墨烯目前已经发现的具有很好应用前景的方面。虽然只有当商用产品出现时才能肯定其应用的现实性,但凭借其非同寻常的性质我们相信石墨烯将会给世界带来巨变。 关键词:石墨烯应用。 引言:自从2004年安德烈.海姆和康斯坦丁.诺沃肖洛夫这对师生用胶带分离法首次制得石墨烯后,不仅在2010年获得诺贝尔奖,还引起全球的石墨烯研究热。目前全世界有无数的科研机构与科学工作者在做相关石墨烯的理论、制备、应用方面的研究,并在电化学,功能材料,电子器件,化学吸附等方面都取得了显着地成果。虽然这些都还只是处于研究阶段,还没能应用于实际中,但就目前对石墨烯的研究表明:石墨烯的高导电、透明度高、载流子迁移率快,高比表面积、高力学强度等性质对我们的生活将会带来翻天覆地的变化,相信我们的明天会因石墨烯而更加光明。 石墨烯简介: 石墨烯就碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料,是单层石墨。我们日常生活所见的石墨就是多层的,所以可通过石墨来制备石墨烯。其发展历程是:

1934年朗道和佩尔斯指出准二晶体材料由于其自身的热力学不稳定,导致其在常温常压下会迅速分解。 1947年,菲利普华莱士开始研究石墨烯电子结构并指出其结构的不稳定性。1987年穆拉斯首次用“graphene”来指单层石墨片。 2004年安德烈.海姆和康斯坦丁.诺沃肖洛夫用胶带分离法制得石墨烯。 可见石墨烯的研究已经有八十左右年,但是在2004年之前,世人都认为二维结构的物质根本不稳定,所以很少有人去研究。现在发现石墨烯不仅在空气中很稳定,而且还具有非常多优良的性质。 石墨烯的应用:将分别按照其特性来介绍其应用。 极高吸附能力:由于石墨烯具有极高的比表面积,其吸附性表现的非常好,是目前已知吸附能力最高的材料。研究发现石墨烯表面进行磺酸基功能化处理,不但可以提高石墨烯的分散性,这种功能化石墨烯对萘和萘酚的吸附能力达到了每克毫摩尔,是目前吸附能力最高的材料可以用于净化水,比目前常用的活性炭效果要好很多倍,对石墨烯表面修饰其它基团对吸附有机质与重金属离子也具有非常优异的表现;在检测气体是具有很低的噪声信号,可以精确的探测单个气体分子,这也使之在化学传感器和分子探针方面有潜在的应用前景,美国科学家研究出一款只有邮票大小的石墨烯传感器,其具有对氨水和二氧化氮就有非常灵敏的吸收检测功能,可用于炸弹检测,并且可重复使用;此外在储氢方面具有比合金优良的多的性能,有望用于下一代储氢材料,这对于氢动力汽车行业来说无疑是绝好消息。极高的力学强度:其不仅力学强度高,而且密度度很小,超坚韧的如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的(厚度约100纳米)

中国石墨烯产业链专题调研分析报告

中国石墨烯产业链专题调研分析报告

目录 第一节国内石墨烯技术专利分析 (3) 一、石墨烯技术仍在成长期 (3) 二、国外掌握核心专利 (8) 三、中国石墨烯专利数量领先,但布局狭窄 (10) 第二节产业顶层设计完成 (12) 一、政府支持石墨烯产业 (12) 二、石墨烯先导产业地位 (14) 三、关注“十三五”规划 (16) 第三节石墨烯产业化步伐加快 (17) 一、制备技术+规模化生产 (19) 二、石墨烯产业盈利模式 (21) 第四节企业分析 (22) 第五节附录 (25) 附录 1:国外拥有石墨烯专利数量靠前的机构组织研究方向 (25) 附录 2:《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》 (29)

第一节国内石墨烯技术专利分析 石墨烯作为一种新型纳米材料,是目前发现的唯一的二维自由态原子晶体。自发现以来,石墨烯不仅在科学界受到了极大关注,并且由于其特殊的纳米结构和优异的物化性能获得了产业界的广泛关注。本篇报告重点关注石墨烯的技术专利发展趋势、国内外相关政策以及目前国内产业化应用阶段。 图 1:石墨烯单层原子结构 数据来源:百度图片、北京欧立信咨询中心 一、石墨烯技术仍在成长期 根据全球石墨烯专利申请数量的变化,我们判断整个产业仍处于技术成长期,且技术演化趋势正由石墨烯制备工艺向具体应用领域转变。全球关于石墨烯的相关研究已有较长时间,但 2004 年前科学界普遍认为石墨烯只是假设性的结构,无法单独稳定存在,因此相关的研究局限于理论层面。2004 年英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地应用机械剥离法分离出石墨烯并获得 2010 年诺贝尔物理学奖,之后全球关于石墨烯的研究进入高速增长期。 图 2:海姆和诺沃肖洛夫为石墨烯研究做出了巨大贡献

石墨烯行业深度报告

石墨烯行业深度报告:石墨烯研发现状与产业化趋势 1、石墨烯:一种神奇的材料 石墨烯是一种平面单层紧密打包成一个二维蜂窝晶格的碳原子,并且是所有其他维度的石墨材料的基本构建模块,其具有最薄、最大比表面积、最硬、最抗拉等诸多史上最强性质和高性能传感器功能、类似催化剂功能等独特性质。目前主要有4种制备石墨烯的方法:微机械剥离法、气相沉积法、外延生长法、氧化石墨还原法。 2、目前,质量较高的工业级石墨烯尚不能量产 3、应用领域广泛 由于其独特的物理化学性质,石墨烯在多个领域具备应用价值。其在半导体、光伏、锂电池、航天、军工、显示器等传统行业和新兴行业的应用都将带来革命性进步。 4、石墨烯基础科研如火如荼 2010年之后,全球关于石墨烯的基础科研工作开展得如火如荼。目前处在研究最前沿的国家为中国、韩国、美国,主要机构为科研院所和企业。从研究领域分布看,国际上石墨烯研究热点主要在材料的导电性、导热性、石墨烯的制备研究、纳米材料研究等。 5、产业化路途漫长 由于技术障碍等因素的存在,石墨烯真正实现产业化还有很长的路要走。但是,包括中国在内的多个政府组织和科研机构仍在为实现石墨烯产业化应用持续投入,并在多领域加速布局。 6、上市公司石墨烯研究动态 我国一些上市公司已开始涉足石墨烯领域。我们根据公告进行了梳理,相关公司包括金路集团、中国宝安、烯碳新材、力合股份、中泰化学、华丽家族、乐通股份、悦达投资、康得新、方大碳素等。 7、风险提示 1、生产技术仍未突破; 2、下游大规模应用尚需时日; 3、石墨烯生产和应用成本仍然较高。 一、石墨烯定义、性质 (一)石墨烯定义

“中国石墨烯产业技术创新战略联盟”发布的1号标准文件中,对石墨烯的定义如下:石墨烯是一种二维碳材料,是单层石墨烯、双层石墨烯、和少层石墨烯的统称。 单层石墨烯是指由一层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 双层石墨烯是指由两层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式(包括AB堆垛,AA堆垛,AA’堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。 少层石墨烯是指由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式(包括ABC堆垛,ABA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。 石墨烯发展历史。石墨烯作为当下最热门的新材料之一,其经历了如下的发展历程:

石墨烯量子点简介

石墨烯量子点简介 1、石墨烯量子点定义 量子点(QuantumDot)是由有限数目的原子构成,属于准零维材料,即在三个维度上尺寸均呈现纳米级别。外观恰似球形物或者类球形,其内部电子在各个方向的运动均会受到限制,因此量子限域效应非常明显。 石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots)一般是横向尺寸在100nm以下,纵向尺寸可以在几个纳米以下,具有一层、两层或者几层的石墨烯结构,也就是特殊的非常小的石墨烯碎片。它的特性来源于石墨烯以及碳点,表现出生物低毒性、优异的水溶性、化学惰性、稳定的光致发光、良好的表面修饰。 2、石墨烯量子点制备 石墨烯量子点的合成可以看做是对碳纳米晶体合成方法的延伸和补充,仍旧分为:自上而下和自下而上的制备。 自上而下的方法是指通过物理或化学方法将大尺寸的石墨烯薄片切割成小尺寸的GQDs,包括水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法等; 自下而上的制备法则是指以小分子作前驱体通过一系列化学反应制备GQDs,主要是溶液化学法、超声波和微波法等。

3、石墨烯量子点发光机理 荧光是种光致冷发光的现象,当某种常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线或x-ray)照射,吸收光能后进入激发态,且立即退激发并发出出射光,而荧光可在吸光激发后约10^-8秒内发光,其能量小于吸光的能量。通常,若是把材料制成量子点大小,则电子容易受到激发而改变能阶,与电洞(空穴)结合后就会放出光。 石墨烯量子点由于边缘效应和量子尺寸效应,可表现出独特的光化学特质。石墨烯除了具有碳量子点所具有的优点外,其荧光具有激发波长依赖性。当激发波长从310nm 变成380nm时,荧光发射峰位置的相应从450nm移至510nm,光致发光强度迅速降低。 氧化石墨烯表现出宽谱的红光发射,取决于其含有的含氧官能团,而氧化石墨烯被还原之后由于含氧官能团减少以及结构的改变,主要呈现蓝光(第一性原理模拟推测其由碳空位缺陷引发)。修饰类石墨烯具有相似的规律,发光光谱主要由两部分组成:蓝光发光峰位(不移动)、长波长发光(峰位移动),相对于没有经过修饰的石墨烯,其长波长发光显著增强。由于嫁接的官能团能够提供新的激发跃迁过程,并且增强原本很弱的sp2碳原子簇尺寸效应的激发过程,使得相应的发光过程得到增强。比如,目前报道比较多的B、N、P、S掺杂等。

2020年【石墨烯】行业调研分析报告

2020年【石墨烯】行业调 研分析报告 2020年2月

目录 1. 石墨烯行业概况及市场分析 (6) 1.1 石墨烯行业市场规模分析 (6) 1.2 石墨烯行业结构分析 (6) 1.3 石墨烯行业PEST分析 (7) 1.4 石墨烯行业发展现状分析 (9) 1.5 石墨烯行业市场运行状况分析 (10) 1.6 石墨烯行业特征分析 (11) 2. 石墨烯行业驱动政策环境 (12) 2.1 市场驱动分析 (12) 2.2 政策将会持续利好行业发展 (14) 2.3 行业政策体系趋于完善 (14) 2.4 一级市场火热,国内专利不断攀升 (15) 2.5 宏观环境下石墨烯行业的定位 (15) 2.6 “十三五”期间石墨烯建设取得显著业绩 (15) 3. 石墨烯产业发展前景 (16) 3.1 中国石墨烯行业市场规模前景预测 (17) 3.2 石墨烯进入大面积推广应用阶段 (18) 3.3 中国石墨烯行业市场增长点 (18) 3.4 细分化产品将会最具优势 (19) 3.5 石墨烯产业与互联网等产业融合发展机遇 (19) 3.6 石墨烯人才培养市场大、国际合作前景广阔 (20)

3.7 巨头合纵连横,行业集中趋势将更加显著 (21) 3.8 建设上升空间较大,需不断注入活力 (22) 3.9 行业发展需突破创新瓶颈 (22) 4. 石墨烯行业竞争分析 (24) 4.1 石墨烯行业国内外对比分析 (24) 4.2 中国石墨烯行业品牌竞争格局分析 (26) 4.3 中国石墨烯行业竞争强度分析 (26) 4.4 初创公司大独角兽领衔 (27) 4.5 上市公司双雄深耕多年 (28) 4.6 互联网巨头综合优势明显 (28) 5. 石墨烯行业存在的问题分析 (30) 5.1 政策体系不健全 (30) 5.2 基础工作薄弱 (30) 5.3 地方认识不足,激励作用有限 (30) 5.4 产业结构调整进展缓慢 (30) 5.5 技术相对落后 (31) 5.6 隐私安全问题 (31) 5.7 与用户的互动需不断增强 (32) 5.8 管理效率低 (32) 5.9 盈利点单一 (33) 5.10 过于依赖政府,缺乏主观能动性 (34) 5.11 法律风险 (34)

石墨烯纤维研究报告解答

石墨烯调研报告(石墨烯纤维) 碳纤维因其质量轻、机械强度大及性能稳定的特点在生活中被广泛使用。但仍存在成本高,脆性高等缺点。石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构的新材料,是其他维度碳材料的构造基础。石墨烯具有很多独特的性质,如高电子迁移率、高导热系数、良好的弹性和刚度等。因此,将石墨烯组装为宏观的功能结构如纤维等,是实现石墨烯实际应用的重要途径。 近年来成功合成石墨烯纤维的例子及其在某些特殊应用上发挥的重要作用激发了人们的研究兴趣。一维石墨烯纤维不仅是对二维薄膜和三维石墨烯块的补充,而且对纺织功能材料和器件的发展具有十分重要的作用。本文中将对石墨烯纤维的研究现状和发展进行综述和展望。主要讨论石墨烯纤维的可控制备、功能性修饰及其在非传统器件(如柔性纤维状驱动器、机器人、马达、光伏电池和超级电容器)等方面的应用。 石墨烯纤维的制备 1.1液晶相湿法纺丝法 研究发现,可溶性氧化石墨烯片可以形成液晶相,呈现片状排列或螺旋结构,这使制备宏观石墨烯纤维成为可能。这种液晶结构能够使氧化石墨烯在足够高的浓度下分散,适合高效凝结成型。高成明等用注射器将石墨烯分散液注射到质量分数为5%的氢氧化钠/甲醇溶液中,制成了均匀的氧化石墨烯纤维。然后,采用氢碘酸化学还原的方法得到了石墨烯纤维。尽管该方法制得的纤维强度有待提升,但这种湿法纺丝法具有大规模生产石墨烯纤维的潜能。于虹等随后证明可以用氧化石墨烯悬浮液做为原料,流体纺丝后经化学还原制备石墨烯纤维,并提出了卷曲-折叠构造氧化石墨烯纤维的机理。该湿法纺丝技术促进了石墨烯与其他有机、无机材料复合纤维的多功能化发展。 湿法纺丝制得的氧化石墨烯纤维拉伸强度相对较低,这与纤维轴向的氧化石墨烯层的内部排列有关。为了解决这一问题,Tour研究组用大片氧化石墨烯(平均直径22μm)做为湿法纺丝的原料合成纤维。结果表明,这样制得的纤维拉伸模量比之前的方法高出一个数量级,纤维具有100%的高打结率。 通过改进湿法纺丝过程,Qu研究组发明了一种“双毛细管同轴纺丝法”,该方法能够连续生产形貌可控的中空石墨烯纤维。图1展示了实验装置及制备过

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