石墨烯材料研究现状与发展论文

我认为未来发展应该是比较不错的，这样的电池储存能力是比较强的，安全系数比较高，性价比比较高。

石墨烯应用领域中科院近期发布的一份报告指出，石墨烯的研究和产业化发展持续升温，从石墨烯专利领域分布来看，其应用技术研究布局热点包括：石墨烯用作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。主要集中在如下四个领域：传感器领域。石墨烯因其独特的二维结构在传感器中有广泛的应用，具有体积小、表面积大、灵敏度高、响应时间快、电子传递快、易于固定蛋白质并保持其活性等特点，能提升传感器的各项性能。主要用于气体、生物小分子、酶和DNA电化学传感器的制作。新加坡南洋理工大学开发出了敏感度是普通传感器1000倍的石墨烯光传感器;美国伦斯勒理工学院研制出性能远超现有商用气体传感器的廉价石墨烯海绵传感器。储能和新型显示领域。石墨烯具有极好的电导性和透光性，作为透明导电电极材料，在触摸屏、液晶显示、储能电池等方面有很好的应用。石墨烯被认为是触摸屏制造中最有潜力替代氧化铟锡的材料，三星、索尼、辉锐、3M、东丽、东芝等龙头企业均在此领域作了重点研发布局。美国德州大学奥斯汀分校研究人员利用KOH对石墨烯进行化学修饰重构形成多孔结构，得到的超级电容的储能密度接近铅酸电池。密歇根理工大学科学家研发出一种独特蜂巢状结构的三维石墨烯电极，光电转换效率达到7.8%，且价格低廉，有望取代铂在太阳能电池中的应用。东芝公司研发出石墨烯与银纳米线复合透明电极，并实现了大面积化。半导体材料领域。石墨烯被认为是替代硅的理想材料，大量有实力的企业均开展了石墨烯半导体器件的研发。韩国成均馆大学开发出了高稳定性n型石墨烯半导体，可以长时间暴露在空气中使用。美国哥伦比亚大学研发出石墨烯-硅光电混合芯片，在光互连和低功率光子集成电路领域具有广泛的应用前景。IBM的研究人员开发出了石墨烯场效应晶体管，其截止频率可达100GHz，频率性能远超相同栅极长度的最先进硅晶体管的截止频率。生物医学领域。石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面的应用广阔。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA和蛋白质检测。如美国宾夕法尼亚大学开发的石墨烯纳米孔设备可以快速完成DNA测序。石墨烯量子点应用于生物成像中，与荧光体相比具有荧光更稳定、不会出现光漂白和不易光衰等特点。石墨烯在生物医学领域的应用研究虽处于起步阶段，但却是产业化前景最为广阔的应用领域之一。

未来发展是很有前途的，集多种优良性能于一身，应用潜力很大，是引领高科技的超级材料；突破石墨烯的技术研发，加快石墨烯的产业进程。

石墨烯在中国的研究与发展：

中国在石墨烯研究上具有独特的优势，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。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。

如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，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，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。

石墨烯有望在诸多应用领域中成为新一代器件，为了探寻石墨烯更广阔的应用领域，还需继续寻求更为优异的石墨烯制备工艺，使其得到更好的应用。

石墨烯用途是：

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，如今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。

中商情报网讯：石墨烯是一种由单层碳原子构成的片状结构新材料，它是已知的世上最薄、最坚硬、导热性及导电性最好的纳米材料，被誉为是颠覆未来的一种战略性新兴材料。一、石墨烯的定义及其制备方法石墨烯是一种以sp杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯的制备方法目前，比较主流的石墨烯制备方法有氧化还原法、化学气相沉积法、液相剥离法和外延生长法，不同制备方法获得的石墨烯在品质和成本上差别较大，相应产品的适用领域也有差异。决定量产的关键因素首先是技术成熟度，其次是制造成本和产业应用障碍。资料来源：中商产业研究院整理二、石墨烯相关政策分析自2012年以来，国务院、国家发改委、工信部等多部门都陆续印发了支持、规范石墨烯行业的发展政策，内容涉及石墨烯行业发展路线、石墨烯产业园的建设、石墨烯生产规模化等内容。工信部发布《2021年工业和信息化标准工作要点》中，要求加强产业基础标准和强制性标准制定。开展高端钢铁材料、航空发动机用高温合金材料、化工新材料、民机铝材、石墨烯、电子专用材料、天然纤维材料、循环再利用化学纤维材料等新材料和关键材料标准制定。在国家政策大力支持、中国经济稳定增长以及行业技术进行的情况下，中国石墨烯行业发展前景十分广阔。三、行业发展现状分析1.市场规模数据显示，我国石墨烯产业市场规模逐年增长。由2017年70亿元增至2020年230亿元，年均复合增长率为48.6%，预计2021年我国石墨烯产业市场规模将达265亿元，2022年达312亿元。数据来源：中商产业研究院整理2.细分市场分析（1）导电剂用石墨烯相对于传统锂电池导电剂，石墨烯无论是在电导率、比表面积、颗粒大小还是分散性能方面，都表现出巨大的优势。数据显示，我国导电剂用石墨烯市场规模由2017年32亿元增至2020年139亿元，预计2021年我国导电剂用石墨烯市场规模可达161亿元，2022年达319亿元。数据来源：中商产业研究院整理（2）超级电容用石墨烯电极材料是制作超级电容器的关键技术，其制作难度较高。随着石墨烯粉体实现规模化生产，成本下降至可接受范围，石墨烯电极在超级电容器领域中的渗透率有望快速提升。预计在2021年我国超级电容用石墨烯市场规模可达4.07亿元，2022年达4.92亿元。数据来源：中商产业研究院整理（3）涂料用石墨烯石墨烯在涂料领域的应用主要集中在六个方向，分别是防腐涂料、导电涂料、建筑隔热涂料、海洋防污涂料、聚合物水泥防水涂料、阻燃涂料。涂料中添加石墨烯后，石墨烯能够形成稳定的导电网格，有效提高锌粉的利用率，预计2021年我国涂料用石墨烯市场规模可达40亿元，2022年达46亿元。3.石墨烯企业分布情况分析从石墨烯企业分布情况来看，涉及应用方面的企业最多，占比近四成。其次为研发领域，占比19%。技术服务、制备领域的企业数量各占14%。四、石墨烯应用市场分析石墨烯产品可以分为薄膜和粉体两类：石墨烯粉体多应用于涂料和锂离子电池领域；石墨烯薄膜则因透明、导电、柔性好等优点，在电子、光子及光电设备领域的应用十分广泛。数据显示，我国石墨烯应用领域中，新能源电池占比最大，达71.4%，其次为涂料领域占比达11.4%，医疗健康和复合材料领域占比均达7.1%，节能环保和电子信息领域占比均达1.4%。五、石墨烯相关上市企业分析我国生产石墨烯主要上市公司有方大碳素、宝泰隆、碳元科技、彤程新材、东旭光电、烯碳新材等。1.方大碳素方大碳素炭素制品综合生产能力达到23万吨，原料生产能力20.4万吨，其中石墨电极19万吨、炭砖3万吨、炭素新材料1万吨、煤系针状焦6万吨、低硫煅后石油焦14.4万吨。产品分为4大系列，主导产品有超高功率、高功率、普通功率石墨电极；高炉用超微孔炭砖、高导热超微孔炭砖等。产品广泛应用于冶金、新能源、化工、机械、医疗等行业和高科技领域，畅销全国30多个省、市、自治区，并远销世界五大洲60多个国家和地区。2.宝泰隆宝泰隆公司成立于2003年6月，集清洁能源、煤基石油化工生产；石墨深加工、石墨烯及应用、针状焦及锂电原材料等新材料开发；石墨和煤炭开采及洗选；发电及供热民生服务于一体的大型股份制企业。在新材料领域，年产石墨烯150吨、石墨烯导电油墨1000吨、高浓缩石墨烯分散液20吨；在高级碳材料领域，年产针状焦5万吨、中间相炭微球2000吨、高软化点沥青1万吨、石墨纸400吨。3.碳元科技碳元科技成立于2010年8月，2017年3月20日在上海证券交易所上市。公司自设立以来主要深耕于高导热石墨散热材料的开发、制造与销售，处于行业前列。产品高导热石墨膜可应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等电子产品的散热。4.彤程新材彤程新材料集团股份有限公司于2008年6月成立，是全球领先的新材料综合服务商。北京的石墨烯研究院目前在石墨烯电极超级电容器、超级石墨烯玻璃、石墨烯单晶晶圆、石墨烯基深紫外LED器件、海水淡化石墨烯泡沫等应用领域均公司的有研发布局。5.东旭光电东旭光电科技股份有限公司成立于1992年，1996年在深圳证券交易所挂牌上市。东旭光电是最早进入石墨烯领域的中国企业之一，目前已发展成为石墨烯产业化应用领军企业。公司已构建了石墨烯基锂离子电池、石墨烯节能照明、石墨烯热管理及石墨烯防腐涂料四大规模化应用序列产品和悬浮石墨烯传感芯片“杀手级”高端应用产品，并在多个领域填补了国内外石墨烯产业化应用的空白。6.烯碳新材2013年以来，烯碳新材通过资产置换，主业由地产开发转型为烯碳新材料。公司目前主营业务：石墨类产品、石墨烯及纳米碳、碳素类产品、耐火材料、活性碳类产品、烯碳新材料、稀土碳基复合材料、矿产品、金属和非金属材料销售，烯碳新材料技术开发和技术转让，城市基础设施投资等。六、石墨烯行业发展前景分析石墨烯产业目前的细分产品主要是石墨烯粉体和石墨烯薄膜。其中，石墨烯粉体材料制备工艺类化工属性，以添加剂的形式提升产品性能。从制备工艺来看，石墨烯粉体制备工艺更多表现为类化工生产线的特点。短期内大规模制备石墨烯的工艺有望得到突破。以粉体应用为主的行业包括防腐涂料、锂电池、超级电容、导热塑料、消费电子散热片等。未来，石墨烯粉体或将在这些领域以添加剂的形式与传统产品混合，结合石墨烯特殊的物理化学特性生产具备更多功能、更高性能的新产品。而石墨烯薄膜可以应用在导热膜上，发挥其优异的导热性能，用于智能手机、平板电脑等设备的散热层；或利用石墨烯的导电透光以及高度柔性，可以用来制作柔性显示屏、可穿戴设备等。石墨烯巨大的比表面积以及优异的电子传输性能，使得传感器领域成为石墨烯薄膜的一大目标市场；此外，石墨烯对硅的替代有望带来半导体领域颠覆性的革命，成为下一代集成电路、超级计算机的基础材料。综合来看，未来石墨烯的应用前景将会在光电领域、能源技术领域、功能复合材料领域、微电子器件领域、生物医药及传感器领域等五大领域。未来石墨烯的应用领域将会继续拓展，产业发展前景极佳。更多资料请参考中商产业研究院发布的《中国石墨烯行业市场前景及投资机会研究报告》，同时中商产业研究院还提供产业大数据、产业情报、产业研究报告、产业规划、园区规划、十四五规划、产业招商引资等服务。