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石墨烯已有70多年歷史,但是從發表的文章來看,2004年起,石墨烯從實驗室真正地被分離出來。石墨烯從粉體、到單層擁有很多優異的物理特性,最薄、最強、最輕、最柔、電流密度耐性最大等等?;诰哂袃灝惖男阅?預測到石墨烯的應用領域非常廣泛,從電子信息、新能源、涂料、生物工程到復合材料,包括大部分產業。
什么是石墨烯
石墨烯是由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體。作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料,石墨烯被稱為“黑金”,科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。
在2015年石墨烯發現之前,石墨烯既是最薄的材料,也是最強韌的材料,斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性,拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強度最高的材料,如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床,本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的貓。
石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品,制造超微型晶體管,用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅,計算機處理器的運行速度將會快數百倍。另外,石墨烯幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的氣體原子也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料,如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。
石墨烯的瓶頸
9月12日,石墨烯板塊大幅度升正泰電器漲6.11%、欣旺達漲5.00%、東旭光電漲2.08%、寶泰隆漲1.89%、中鋼國際漲1.13%。顯然,石墨烯這塊寶藏帶動各行各業上市公司的業績攀高。
盡管石墨烯應用很廣,但困難很多。到現在為止國內真正規模型的應用還沒有。例如,石墨烯在鋰電電池方面并沒有帶來革命性的進展,它只是有改進,比如說它的導電率提高,實際上就是解決了充放電速度問題。為何還沒有被應用,主要是由于石墨烯價格太高,還有上下游銜接技術轉化較薄弱,應用到下游需要很多的投入和開發,這些都存在障礙。
9月8日,中國經濟信息社在江蘇常州發布了《石墨烯創新創業指南(2016)》,報告上也指出,目前中國石墨烯發展的瓶頸主要有下游應用領域的開拓集,除此之外,還有高質量石墨烯實現低成本制備、石墨烯產業標準認證以及應用石墨烯材料特性的電子器件研發等問題。未來石墨烯產業發展,亟需加強產業鏈協同創新,使石墨烯材料研發制備環節與下游應用需求緊密結合。
國內石墨烯應用并不樂觀,但石墨烯產業的前景已十分明朗,政策扶持也將加快石墨烯產業化應用速度?!吨袊圃?025》是我國邁向制造強國的路線圖,提出我國石墨烯材料未來10年的發展目標。前沿新材料中的石墨烯重點產品包括鋰電池電極材料、防腐涂料、柔性電子用石墨烯薄膜、光電領域用熱界面等。
市場前景預測
據相關專家經過調研,預計2016年下半年石墨烯產業將是“粉”“膜”登場,應用的行業包括防腐涂料、導熱塑料、石墨烯EPS、消費電子散熱片、超級電容器及鋰電池等。目前,石墨烯在復合材料中明確的應用領域有防腐涂料、改性塑料。
在防腐涂料領域,據市場預計,2015年我國常規防腐涂料、重防腐涂料產量分別達到300萬噸和150萬噸左右,防腐涂料總產量達到450萬噸左右;到2017年或可達600萬噸。按千分之一的石墨烯用量、100萬元/噸計算,到2017年其潛在市場規模為60億元。可見,防腐涂料對于石墨烯的需求量逐年提高,未來石墨烯的應用前景十分可觀。
石墨烯改性塑料應用廣泛,市場空間大。以PVC材料為例,我國每年PVC塑料產量約為1800萬噸,按1%的PVC材料添加5%的石墨烯來測算,單PVC塑料領域對石墨烯的需求就有接近萬噸級別。除塑料材料之外,其他高分子材料如橡膠等對石墨烯的需求量也十分巨大。
石墨烯產業化的關鍵是發揮石墨烯的材料特性,尋找高性價比應用。顯然,石墨烯產業化大幕即將拉開。預計以石墨烯新材料應用創新推動傳統行業升級將是未來的主旋律。