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石墨烯材料发展现状与趋势

文章出处:江苏凤谷节能科技有限公司 www.fg-furnace.com责任编辑:江苏凤谷节能科技有限公司 www.fg-furnace.com人气:-发表时间:2018-05-07 09:18【

一、关于石墨烯材料

1. 定义与内涵

石墨烯是紧密堆积成二维六方蜂窝状晶格结构单层碳原子。单层石墨烯厚度仅为0.35纳米,是目前已知最轻最薄的材料,它在室温下的电子迁移率为2×105 cm2·V-1·s-1,是光速的1/300,理论比表面积达2630 m2·g-1,全波段光吸收只有2.3%,导热率高达5000W·m-1·K-1,杨氏模量超过1100GPa,抗拉强度超过130GPa,且韧性非常好。

2. 主要作用与意义

石墨烯具有结构稳定、导电性高、韧度高、强度高、比表面积超大等突出的物理化学性质,在半导体、光伏、能源、航空航天、国防军工、新一代显示器等领域都将带来革命性的技术变革,一旦量产必将会成为下一个万亿级的产业,将会成为国民经济增长的重要组成部分。发展石墨烯产业对带动制造业相关下游产业技术进步,提升创新能力,加快转型升级,抢占新一轮竞争制高点,都有着重要的经济和社会意义。

二、世界发展现状与趋势

由于石墨烯的重要特性和巨大应用价值,美国、欧盟、日本和中国等80多个国家皆将石墨烯材料的发展提高到战略高度,相继投入数十亿美元用于石墨烯材料的研究和开发。欧盟委员会将石墨烯列为仅有的两个“未来新兴技术旗舰项目”之一。美国将石墨烯视为支撑未来科技发展的战略性产业。各国企业也积极进行石墨烯产业的布局,据统计,全球有近300家公司涉足石墨烯相关的研究和开发。

1. 石墨烯规模化制备技术

2. 石墨烯应用在功能化器件

3. 石墨烯应用在功能涂层

4. 石墨烯应用在结构功能一体化复合材料

5. 石墨烯应用在导电油墨

6. 石墨烯应用在半导体信息产业

7. 石墨烯应用在能量储存与转换

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三、我国发展现状与水平

我国政府高度重视石墨烯发展,工业和信息化部、发展改革委和科技部联合发布的《关键材料升级换代工程实施方案》中明确提出支持石墨烯实现批量稳定生产和规模应用。工信部专门印发了《加快石墨烯产业创新发展的若干意见》。习近平主席在参观英国国家石墨烯研究院时提出:“中英两国在石墨烯研究领域完全可以实现强强联合”。

我国石墨烯研发起步相对较晚,但2010年后发展迅速,整体接近国外先进水平,部分领域实现了领先。在基础科研方面,全球石墨烯研究论文超过12万篇,中国占有40%,排名第一;全球专利申请总量为49229件,中国专利申请量为23953件,占比48.65%,排名第一。

在石墨烯产业化方面,各级政府也在积极加快产业化步伐,石墨烯薄膜和粉体已实现量产,下游应用正稳步推进。

四、我国进一步发展重点与对策建议

1. 发展重点

“十三五”前期发展重点集中于石墨烯原材料的批次稳定和可控制备,在能源、复合材料、环境等领域的产业化延伸,逐步形成产业集群;“十三五”后期发展重点集中于石墨烯产业链的延伸及对不同领域的引领作用,全面拓展石墨烯在能源、复合材料、环境领域的产业集群。逐渐拓展石墨烯在电子薄膜、电子器件等领域的产业化进程,并在基础材料领域的研发取得世界领先地位。

同时,石墨烯粉体具有成本低、导热和导电性能优异的特点,有望短期内在能源、环境和复合材料等领域实现规模化应用,应该加强在这些领域的应用技术研究。

石墨烯薄膜具有高质量、少缺陷和卓越的导电性能,在半导体、新一代显示器等领域呈现了巨大的应用前景,应重点攻克。

2. 对策与建议

为了更有效地促进我国石墨烯技术及产业发展,建议进一步采取以下对策:

首先,加强统筹。在国家层面上将石墨烯产业归口在一个部门管理,组织专家进行调研,根据不同地区优势,鼓励石墨烯企业并购重组,提高石墨烯产业集中度;政府部门应完善公共研发、技术转化与交流等平台,联合企业、院所建立产品开发、技术合作和权益共享的石墨烯产业化研究平台,避免低水平重复建设和市场的无序竞争。

其次,在石墨烯技术与应用方面,由于石墨烯应用在电子领域还处在实验阶段,最快可实现产业化应用的领域包括能源、环境和复合材料等领域。因此,建议“十三五”期间,由中央政府主导,结合地方政府,联合科研院所和企业,集中力量,通过发挥产学研各方创新资源和技术优势,实现石墨烯在这些领域的重大突破。

同时,应进一步推出产学研合作。目前,我国石墨烯产业正处于商业化应用的关键时期,政府部门应引导企业携手高校、院所,通过“产学研”相结合,充分发挥高校、科研院所与企业在基础研究和工程化生产方面的各自优势,协同攻克石墨烯产业化中的关键技术。