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关于石墨烯的发展前景有哪方面?


全球市场
  美国俄亥俄州的Nanotek仪器公司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,开发出一种新的电池。这种新的电池可把数小时的充电时间压缩至短短不到一分钟。分析人士认为,未来一分钟快充石墨烯电池实现产业化后,将带来电池产业的变革,从而也促使新能源汽车产业的革新。
  2013年初,美国加州大学洛杉矶分校的研究人员就开发出一种以石墨烯为基础的微型超级电容器,该电容器不仅外形小巧,而且充电速度为普通电池的1000倍,可以在数秒内为手机甚至汽车充电,同时可用于制造体积较小的器件。
微型石墨烯超级电容技术突破可以说是给电池带来了革命性发展。当前主要制造微型电容器的方法是平板印刷技术,需要投入大量的人力和成本,阻碍了产品的商业应用。以后只需要常见的DVD刻录机,甚至是在家里,利用廉价材料30分钟就可以在一个光盘上制造100多个微型石墨烯超级电容。
  正是看到了石墨烯的应用前景,许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心,尝试使用石墨烯商业化,进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”,设立专项研发计划,未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石墨烯研究所(NGI),力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。
  2015年1月,西班牙Graphenano公司(一家以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首例石墨烯聚合材料电池,其储电量是目前市场最好产品的三倍,用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里,而其充电时间不到8分钟。Graphenano公司计划于2015年将此电池投入生产,并且计划与德国四大汽车公司中的两家(现在还不方便透露公司名称)将在本月和电动汽车进行试验。
  韩国研究人员在硅基底上成功合成了晶片级的高质量多层石墨烯。该方法基于一种离子注入技术,简单而且可升级。这一成果使石墨烯离商业应用更近一步。晶片级的石墨烯可能是微电子线路中一个必不可少的组成部分,但大部分石墨烯制造方法都与硅微电子器件不兼容,阻碍了石墨烯从潜在材料向实际应用的跨越。
  美国普渡大学(Purdue University)正在研究通过新的、更加简单的方式制造纳米电极材料的工艺。该大学的研究表明,在电池中使用纳米材料,将会增加电池的充电容量和充放电速度。
  目前,韩国的三星电子也在从事旨在硅表面添加石墨烯涂层的硅基阳极物质的研究。如果该研究能够取得成功,锂离子蓄电池的寿命将会提高到2倍以上。
  该研究综合了硅基材料寿命长和石墨烯材料充电容量大的优点,重点解决如何在硅基材料上建立石墨烯涂层的工艺化问题。
  三星的研究人员通过在碳化硅电极的表面涂布石墨烯涂层,有效地扩展了阳极的表面积。同时与阴极所使用的锂钴氧化物进行组合,使电池的充电电源的单位体积能量密度油料较大的提高,其寿命也增加到母线市场销售的锂离子蓄电池的1.5-1.8倍。
  2015年9月2日,据日本的科学技术振兴机构(JST)与日本东北大学的原子分子材料科学高等研究机构(AIMR)发表,在作为下一代蓄电池而被热切期待的锂空气电池中,通过使用具备三维构造的多孔材质石墨烯作为阳极材料,获得了较高的能量利用效率和100次以上的充放电性能。如果电动车使用这种新型电池,则巡航里程将从目前的200公里左右增加到500-600公里左右。
中国方面
  中国在石墨烯研究上也具有独特的优势,从生产角度看,作为石墨烯生产原料的石墨,在我国储能丰富,价格低廉。另外,批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。而我国最新的研究成果已成功突破这两大难题,制造成本已从5000元/克降至3元/克,解决了这种材料的量产难题。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯,并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上,制备出了7英寸石墨烯触摸屏。
中科院重庆绿色智能技术研究院的研究人员在展示单层石墨烯产品的超强透光性和柔性。
  中国石墨烯产业技术创新战略联盟率领贝特瑞、正泰集团、常州第六元素、亿阳集团等四家上市公司的代表参加了西班牙的石墨烯会议,并分别与意大利、瑞典代表团签订了深度战略合作协议,为“石墨烯全球并购,中国整合”战略打响了第一枪。此外,3月初全球首批3万部量产石墨烯手机在重庆发布,开启了石墨烯产业化应用的新时代。石墨烯入选“十三五”新材料规划已经基本落定,预计2015年将成为中国石墨烯产业爆发元年。
  2014年3月20日,中国科学院山西煤炭化学研究所陈成猛课题组与清华大学和中科院金属研究所相关团队合作,成功研制出高导热石墨烯/炭纤维柔性复合薄膜,其厚度在10~200 μm之间可控,室温面向热导率高达977 W/m·K,拉伸强度超过15 MPa。
  2014年11月26日,中国科学技术大学吴恒安教授、王奉超特任副研究员与安德烈-海姆教授课题组及荷兰内梅亨大学研究人员合作,在石墨烯等类膜材料输运特性研究方面首次发现,石墨烯可以作为良好的“质子传导膜”,国际顶尖学术期刊《自然》在线发表了这一研究成果。
  2015年03月02日,全球首批3万部石墨烯手机在渝发布,该款手机采用了最新研制的石墨烯触摸屏、电池和导热膜,可接受官方预定,16G售价2499元。其核心技术由中国科学院重庆绿色智能技术研究院和中国科学院宁波材料技术与工程研究所开发。
  2015年5月18日,国家金融信息中心指数研究院在江苏省常州市发布了全球首个石墨烯指数。指数评价结果显示,全球石墨烯产业综合发展实力排名前三位的国家分别是美国、日本和中国。
  2015年5月,南开大学化学学院周震教授课题组发现一种可呼吸二氧化碳电池。这种电池以石墨烯用作锂二氧化碳电池的空气电极,以金属锂作负极,吸收空气中的二氧化碳释放能量。
  2015年6月,南开大学化学学院陈永胜教授和物理学院田建国教授的联合科研团队通过3年的研究,获得了一种特殊的石墨烯材料。该材料可在包括太阳光在内的各种光源照射下驱动飞行,其获得的驱动力是传统光压的千倍以上。该研究成果令“光动”飞行成为可能。
  2015年10月习近平访英期间,华为与英国曼彻斯特大学共同宣布将在石墨烯领域展开研究。
  据工信部网站11月30日消息,为引导石墨烯产业创新发展,助推传统产业改造提升、支撑新兴产业培育壮大、带动材料产业升级换代,发改委、工信部、科技部等三部门印发关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见。
  为加快推进京津冀石墨烯产业发展,培育新的产业增长点,2015年12月20日,京津冀石墨烯产业发展联盟在京成立,未来将形成以河北唐山为中心,跨越京津冀等地区,集生产、研发、检验检测、融资服务等为一体的石墨烯产业集群,形成京津冀战略性新兴产业高地。预计到2017年底,将实现20亿元以上的年产值。
  2016年4月27日全球首款在广州宣布成功研发问世,这一技术将电子纸的性能提升到一个新的高度,也为石墨烯的产业化开创了一个全新的空间,标志着我国在石墨烯应用上已经走在了世界的前沿。
  在历时近一年历经艰辛的研制过程后,广州奥翼与重庆墨希共同开发出能够替换ITO薄膜的石墨烯薄膜,以及相应的电子墨水配方和涂布工艺,使电子墨水能够涂覆于石墨烯薄膜上形成石墨烯电子纸。
  该石墨烯电子纸可与柔性或刚性驱动底板相结合,制作出刚性石墨烯电子纸显示屏和超柔性石墨烯电子纸显示屏。该石墨烯电子纸与传统的电子纸相比,具有弯曲能力更强,强度更高;相对比ITO薄膜,采用石墨烯不但能降低产品成本,而且石墨材料取之不竭;此外,由于石墨烯材料的透光率高,将会使电子纸显示的亮度更好。奥翼预计半年内能够实现对石墨烯电子纸的量产。

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