石墨烯开启“黑”科技时代

发布者:中国绿色建材产业发展联盟发布时间:2017-03-15浏览次数:128

 

石墨烯开启科技时代

 

 

 

有人说20世纪是硅的时代,而21世纪是石墨烯的时代。石墨烯是目前人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。

本报记者 毕德鹏

不久前,工业和信息化部、发展改革委、科技部印发《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》,提出2020年,形成完善的石墨烯产业体系,实现石墨烯材料标准化、系列化和低成本化,建立若干具有石墨烯特色的创新平台,掌握一批核心应用技术,在多领域实现规模化应用。形成若干家具有核心竞争力的石墨烯企业,建成以石墨烯为特色的新型工业化产业示范基地。

一时间,石墨烯这个从被比喻为最接近科幻名作《三体》二向箔的神秘物质,到被预言能改变21世纪的神奇材料,迎来了发展的春天,石墨烯也将成为超越时代的黑科技

来源:石墨烯是何方神圣

2004年,物理学家康斯坦丁·诺沃肖洛夫和安德烈·海姆成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,两人因此获得了诺贝尔物理学奖。

真正算起来,石墨烯成长年龄还不到十岁。但从十三五规划,到三部委联合发文,再到与石墨烯有关股票的一路飘红,如此备受重视,身负使命的石墨烯,到底是何方神圣,如何将自己修炼到如此境界?

石墨烯,实际就是从石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。铅笔芯用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起。听起来稀松平常的石墨烯,却有诸多独一无二的特性。石墨烯是目前人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料,虽然只有一个原子的厚度,但确实强过钻石,秒杀钢铁强韧材料。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。如果用一个平方米的石墨烯做成吊床,本身重量不足1毫克,却可以承受一只猫的重量。

石墨烯还具有针插不进、水泼不进的零渗透特性。在刚刚结束的第四届中国国际新材料产业博览会上,采用石墨烯分散技术制备石墨烯改性防弹材料,拉伸强度提升25%,抗冲击能力提高了40%,通俗来讲,它的强度超过凯夫拉材料数倍。

不仅如此,导电性能优异的石墨烯,做成导电剂可以同时解决能量密度低和电子导电率低的问题;石墨烯微片作为导电性极佳的超薄碳材料,可以与锂离子电池电极活性材料颗粒形成导电接触,有效形成三维导电网络,显著提高电极导电能力,在取代传统乙炔黑导电剂方面有较大市场潜力;同时,石墨烯用于制作柔性材料,是替代ITO作为新型透明导电膜的理想材料,在液晶显示屏和可穿戴设备市场以及散热材料中具有广泛的应用前景。

权威机构预测,至2020年,石墨烯将在超级电容器领域、锂离子电池材料、触摸屏、增强型复合材料、传感器以及高性能计算机等领域充分展现活力。

如此看来,顶着众多光环的石墨烯是材料届真正的大拿。那么功能强大、涉足领域众多的石墨烯在市场表现中又如何呢?

市场:墨以为贵

不久前,华为技术有限公司创始人、总裁任正非在接受媒体采访时声称,未来1020年内会爆发一场技术革命,这个时代将迎来最大的颠覆,即石墨烯时代颠覆硅时代。

面对如此高的评价,石墨烯的市场状况究竟如何?

据中国石墨烯产业技术创新战略联盟在2015中国国际石墨烯创新大会上发布的《2015全球石墨烯产业研究报告》显示,2013年全球石墨烯市场规模约为1250万美元,预计2020年石墨烯的市场规模将达到1.2亿美元。

这仅仅是数据上的表现,在市场需求中,石墨烯真正做到了墨以为贵

据专家统计,以石墨大省黑龙江为例,质量上乘的鳞片石墨大概三千元一吨,加工成球型石墨能卖到两万元一吨,加工成负极材料能卖到十几万一吨,而如果做成导电浆料的话,按照比例折合成石墨烯粉体的价格将在百万元以上。

作为石墨深加工企业,必须时刻瞄准未来市场,把握先机。国家石墨产业科技发展专项规划专家组成员、哈尔滨工业大学教授、哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司首席专家袁国辉告诉记者,目前全球石墨烯研发集中在两个领域,一种是作为战略性产业的薄膜石墨烯,将来做微电子是不可或缺的高端产品,但是目前薄膜石墨烯技术成熟度不高,还很难形成产业化。另一种就是石墨烯导电浆料,市场前景异常广阔。根据测算,到2020年,以500万辆电动汽车为参考基数,仅此石墨烯导电剂一项产业,市场将达到200亿左右。

中国非金属矿工业协会石墨专业委员会副秘书长、碳石墨全产业链电商平台石墨邦创始人刘荣华表示,石墨烯已进入了产业化的黎明。调研发现,部分石墨烯企业2015年已经突破了千万收入,今年有望突破亿元收入。

产业化:诸多瓶颈有待突破

基于石墨烯的特殊性能,十二五期间,我国就已经开始推进石墨烯产业化,并给出了多项政策利好。2012年工信部发布《新材料产业"十二五"发展规划》,首次明确提出支持石墨烯新材料发展。

2014 11月,我国发布的《关键材料升级换代工程》提出到2016 年实现石墨烯的批量稳定生产和规模化应用。

2015年《关于印发2015年原材料工业转型发展工作要点的通知》、《<中国制造2025>重点领域技术路线图》等多个重要文件中都有提及石墨烯发展目标。

基于政策利好,我国石墨烯产业发展已经初显成效:技术成果上,我国已有量产石墨烯智能手机、以及石墨烯柔性显示屏等;技术专利上,我国在国际上已经申请2200多项石墨烯专利技术,约为全球石墨烯专利技术的三分之一。

2015518,国家金融信息中心指数研究院发布了全球首个石墨烯指数。报告从竞争潜力、竞争行为和竞争绩效三个维度综合评价了全球10个石墨烯产业发展较强的国家,中国在竞争潜力和竞争行为方面呈现出较强的优势。但我国目前对石墨烯产业的支持主要集中于研发方面,产业竞争绩效距离美国、日本和韩国等国家仍有一定差距。

江南石墨烯研究院院长张朝晖表示,石墨烯指数客观反映了中国石墨烯产业在全球所处的地位。在认识到我们优势的同时,也让我们清醒地看到在一些石墨烯的前沿领域,全产业链的系统性研究不够,企业、科研单位、政府之间信息交流仍然存在一定障碍。作为新兴产业,石墨烯产业还存在不少发展瓶颈,如没有形成完整、成熟的上下游产业链,研发制备企业与下游应用严重脱节;目前仅有科研院校以及少数厂商对石墨烯产品有需求,而下游市场需求还未兴起,石墨烯企业还未发掘出稳定的商业模式与盈利模式。

专家表示,石墨烯产业正处于概念导入期、产业化突破前期。整体上,还处在以研究为主的阶段,产品大都处在实验室阶段,产业化进程相对较慢。目前国内的石墨烯企业多为处于创业成长期的中小企业,虽然企业数量初具规模,但龙头企业数量不多,规模也相对较小,较难带动整体产业链的发展和完善。按照硅材料产业的成熟周期为20年来推断,石墨烯产业化成熟至少还需要5-10年。

前景:撬动未来千亿级市场

615,中国石墨产业发展联盟在哈尔滨成立。这标志着中国石墨产业从此跨入联合、协作、互利、共赢发展的新阶段,也将使中国石墨及石墨新材料产业跻身世界前列,让石墨产业的中国制造变为中国智造和中国创造。

随着中国石墨烯产业发展联盟的成立,政府继续释放政策利好,石墨烯这颗石墨产业王冠上的明珠,随着我国工艺的不断提高,产业链整合速度也将加快。有专家表示,在未来510年内,石墨烯所涉足领域的产业规模有望突破1000亿元。

在复合材料、锂离子电池正极材料以及电子触摸屏领域最有希望率先实现产业化。中国非金属矿工业协会石墨专委会副秘书长刘荣华告诉记者,目前石墨烯在复合材料中比较明确的应用包括树脂基复合材料、防腐涂料、汽车静电底漆、石墨烯增强尼龙塑料以及石墨烯EPS等。

其中,在树脂基复合材料领域,2015年国内树脂产量达530万吨。以千分之一的石墨烯添加量,100/吨计算,则年潜在市场规模为53亿元。

在汽车静电底漆领域,2013年国内共需汽车涂料87万吨左右,汽车漆市场在300-500亿元。以百分之一的石墨烯用量,100万元/吨计算,年潜在市场规模为87亿元。

当年,石墨烯因诺奖一夜成名,如今石墨烯研究已是世界上规模最大的材料科研项目,国际竞相布局,国内也在抢占这片蓝海的科技和产业制高点。在中国的石墨烯产业从大到强的成长过程中,需要着重考虑的还是如何迈过沟沟坎坎,让石墨烯成为开启新时代的关键力量。

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