石墨烯——新兴产业中的新兴材料。高导电性、高韧度、高强度、超大比表面积等特点,使石墨烯可应用于电子、航天国防、新能源、新材料等新产业,并进一步大幅提升原产品的优异性能,可以说石墨烯是新兴产业中的新兴材料。
柔性屏、锂电池、超级电容是石墨烯短期最具吸引力的三个应用领域。(1)柔性屏将给消费电子领域带来革命性变化,手机与平板电脑实现完美统一;(2)石墨烯可用于锂电池的负极复合材料和导电添加剂,锂电池比容量可以从370mAh/g提升到540mAh/g,同时大幅提升电池充放电速度;(3)超级电容器的正负极换成石墨烯后(原为石墨),可大幅提高其比电容密度和额定电压,同时降低电容器的等效电阻。
石墨烯应用技术上需克服的问题还较多。(1)柔性屏对石墨烯的面积要求大,目前大规模制备尚不成熟,成本较高;(2)石墨烯单片之间具有较强的范德华力,在没有任何保护剂存在的条件下,石墨烯之间很容易发生团聚和堆砌;(3)石墨烯作锂电池负极材料时,首次库伦效率较低,一般在70%左右,循环性能差。
各国政府对石墨烯重视度在提升。美国国家自然科学基金会在2006-2011年共资助了200个左右相关项目,包括:石墨烯基材料超级电容应用项目、石墨烯和碳纳米管材料连续和大规模纳米制造等。欧盟于2013年1月将石墨烯研究项目选定为首批技术旗舰项目之一。该项目运行时间10年,总投资10亿欧元。中国2012年发布的《新材料产业“十二五”发展规划》提出要积极开发石墨烯等新材料。
专家普遍预期2015年为石墨烯商业化元年。全球范围看,石墨烯领域的领先者依然是IBM、三星等企业,国内研究院所在学术研究方面有所成绩但商业化方面还有欠缺。从应用看,石墨烯在触摸屏替代ITO靶材、超级电容方面技术相对成熟,最有可能2015年率先商业化。
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