人類最強(qiáng)結(jié)晶石墨烯及其衍生物的幾種工業(yè)化應(yīng)用

人類最強(qiáng)結(jié)晶石墨烯及其衍生物的幾種工業(yè)化應(yīng)用


石墨烯被稱為人類最堅(jiān)固的晶體，因此，它不僅受到資本市場(chǎng)的強(qiáng)烈關(guān)注，而且受到政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的青睞，成為世界上最受關(guān)注的新材料。下面簡(jiǎn)要分析了石墨烯及其衍生物的幾個(gè)領(lǐng)域具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。

超硬超強(qiáng)：石墨烯是目前已知的強(qiáng)度最高的材料，130gpa，比金剛石硬，硬度比世界上最好的鋼高100倍以上；

超強(qiáng)導(dǎo)熱性：強(qiáng)石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性。純無(wú)缺陷單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m.k，是金剛石的3倍，是銅的10倍。

超透明：石墨烯具有很好的光學(xué)性能，在較寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收率為2.3%，即透光率為97.7%，幾乎透明；

超吸附能力：石墨烯比表面積大，理論比表面積為2630平方米/克，具有優(yōu)異的吸附性能。

如果將直徑為人類頭發(fā)直徑千分之一（約0.34納米）的石墨烯折疊成一層和保鮮膜一樣厚的薄膜（幾毫米），則需要大象站在鉛筆上產(chǎn)生的壓力來(lái)刺穿它。

市場(chǎng)上的石墨烯和石墨烯衍生物可分為三種形式：石墨烯粉末、石墨烯薄膜和石墨烯溶液，其中石墨烯粉末和石墨烯薄膜屬于單層或多層石墨烯微芯片，石墨烯溶液主要是石墨烯衍生物，如氧化石墨烯和氟化石墨烯。多為銀灰色柳絮狀物，膜無(wú)色透明，溶液因產(chǎn)品類型或引入官能團(tuán)不同而顏色不同。

目前，石墨烯及其衍生物的工業(yè)應(yīng)用還沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性突破，但石墨烯研究的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)石墨烯在下游產(chǎn)品中的市場(chǎng)應(yīng)用，展示其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，從目前的研究成果來(lái)看，目前已有以下幾個(gè)領(lǐng)域工業(yè)化的發(fā)展前景。

隨著柔性屏幕、全屏幕和屏幕下指紋識(shí)別技術(shù)的興起，石墨烯屏幕以其高透光率、低電阻率、耐撞性和靈活性而備受關(guān)注，但目前由于產(chǎn)品的優(yōu)良率和成本問(wèn)題，人們認(rèn)為，當(dāng)石墨烯柔性化的生產(chǎn)過(guò)程中屏幕是突破性的，它將廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備和智能家居等領(lǐng)域。

注：目前，稀有昂貴的ITO廣泛應(yīng)用于有機(jī)LED（OLED）顯示器的透明電極。石墨烯可以提供更便宜、更薄、更快的替代品，從而避免了ITO的短缺，為柔性顯示器的發(fā)展鋪平了道路。

近日，一項(xiàng)發(fā)明專利宣布，美祖手機(jī)開發(fā)出了一種新型的全屏幕手機(jī)，其屏幕組件為石墨烯屏幕，功能裝置將位于手機(jī)屏幕下方，大大提高了手機(jī)屏幕的比例，與劉海平告別，目前柔性石墨烯屏幕還遠(yuǎn)沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化。但它的市場(chǎng)價(jià)值應(yīng)該是可以預(yù)期的。

石墨烯具有優(yōu)良的電子導(dǎo)電性，其導(dǎo)電性可達(dá)106s／m，表面電阻僅為30μ／m2，優(yōu)于銀、銅等最著名的導(dǎo)電體，碳基材料可用于鋰電池和導(dǎo)電油墨行業(yè)，而不可用于導(dǎo)電碳黑和碳納米管。石墨烯工業(yè)應(yīng)用最現(xiàn)實(shí)的方向。

鋰電池：石墨烯在鋰電池中的主要作用是提高鋰電池的能量密度，在一定程度上降低電池的內(nèi)阻，傳統(tǒng)的鋰離子電池導(dǎo)電劑如碳黑、碳纖維等與活性物質(zhì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸，而活性物質(zhì)是鋰離子電池中的主要導(dǎo)電劑。TS的導(dǎo)電效果和增加了導(dǎo)電劑的添加量。石墨烯是一種片狀結(jié)構(gòu)，與活性物質(zhì)的接觸是點(diǎn)對(duì)面接觸，可以最大限度地發(fā)揮導(dǎo)電劑的作用，減少導(dǎo)電劑的用量，提高鋰離子電池的能量密度。

導(dǎo)電油墨：目前，銀粉和銅粉是導(dǎo)電油墨的最佳填料。由于金、銀等貴金屬導(dǎo)電油墨價(jià)格昂貴，其應(yīng)用范圍有限，相比之下，碳基導(dǎo)電油墨具有成本低、性能穩(wěn)定、無(wú)需太多后處理步驟、與噴墨打印方法兼容等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。展望。

以石墨和碳粉為基礎(chǔ)的導(dǎo)電油墨雖然價(jià)格低廉，但也存在著導(dǎo)電率低、易固化收縮、墨層開裂等固有缺陷，石墨烯比表面積大，電子導(dǎo)電性好，在10～100K范圍內(nèi)不表現(xiàn)出溫度依賴性，因此，我國(guó)目前對(duì)石墨和碳粉的研究還處于起步階段。T在應(yīng)用上取得了一些突破，引起了人們的廣泛關(guān)注。

總之，石墨烯作為高端導(dǎo)電添加劑是目前最重要、最現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用方向，值得注意的是，石墨烯作為導(dǎo)電劑不僅可用于鋰電池、導(dǎo)電油墨行業(yè)，還可用于塑料、橡膠等行業(yè)。

石墨烯具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)和熱輻射系數(shù)。單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)5300W／m.k，不僅優(yōu)于碳納米管、石墨導(dǎo)熱膜等碳材料，而且高于鋁、銀等金屬材料。因此，石墨烯可作為散熱領(lǐng)域的導(dǎo)熱劑，鑒于石墨烯具有良好的導(dǎo)熱性、輕質(zhì)性和柔韌性，石墨烯最可行的應(yīng)用是作為電子產(chǎn)品、LED燈等的散熱材料，替代金屬導(dǎo)熱材料，如發(fā)光合金

石墨烯不僅可以直接制備成石墨烯薄膜作為導(dǎo)熱材料，還可以作為石墨薄膜、塑料、橡膠、手機(jī)鋰電池的導(dǎo)熱添加劑，目前導(dǎo)熱材料的價(jià)格較低，因此石墨烯作為導(dǎo)熱劑的主要問(wèn)題是其導(dǎo)熱性能差。更高的成本直接限制了石墨烯在導(dǎo)熱材料中的應(yīng)用。

腐蝕是影響新興海洋工程、海島工程等領(lǐng)域設(shè)備設(shè)施安全使用壽命的重要因素之一。特別是在熱帶海洋開發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，面臨著嚴(yán)重的腐蝕危機(jī)，影響著我國(guó)重大工程和設(shè)備的可持續(xù)發(fā)展，僅2014年，我國(guó)腐蝕總成本就超過(guò)2.1萬(wàn)億元，約占當(dāng)年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的3.34%。

經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)研究，寧波材料技術(shù)工程研究院王麗萍、薛群杰院士團(tuán)隊(duì)成功突破了石墨烯改性防腐涂料開發(fā)應(yīng)用的四大技術(shù)瓶頸，研制出了石墨烯防腐涂料，目前已取得了較好的效果。通過(guò)了中國(guó)防腐學(xué)會(huì)的鑒定。鹽霧關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)壽命6000小時(shí)以上，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。寧波中科銀益新材料有限公司目前已實(shí)現(xiàn)相關(guān)成果的產(chǎn)業(yè)化，已定型的8種產(chǎn)品已在電力設(shè)施、船舶、石化設(shè)備等領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。

氟化石墨烯作為石墨烯的衍生物，不僅保持了石墨烯的高強(qiáng)度，而且由于氟原子的引入，使其具有表面能降低、疏水性增強(qiáng)和帶隙展寬等新穎的界面和物理化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)，氟石墨烯還具有高溫性能。耐腐蝕性和化學(xué)性能穩(wěn)定，與被稱為二維特氟龍的聚四氟乙烯具有相似的性能，氟化石墨的化學(xué)惰性強(qiáng)，層間距比石墨大。在惡劣的環(huán)境下，具有良好的潤(rùn)滑性能。

注：目前市場(chǎng)上的固體潤(rùn)滑劑主要是二硫化鉬和石墨，但這兩種固體潤(rùn)滑劑在還原條件和真空條件下的潤(rùn)滑效果將顯著降低。

石墨烯及其衍生物作為高端添加劑的應(yīng)用是目前研究最多、最現(xiàn)實(shí)的工業(yè)化形式。它也是今后石墨烯產(chǎn)品的主要用途。石墨烯產(chǎn)品的質(zhì)量要求相對(duì)較低。主要問(wèn)題是生產(chǎn)成本和下游應(yīng)用，此外，隨著智能器件的不斷發(fā)展和進(jìn)步，石墨烯在柔性顯示屏制備中的應(yīng)用也是一個(gè)很有前途的工業(yè)化方向。

本文出自東莞市捷誠(chéng)石墨制品有限公司官網(wǎng)：http://www.expbook.cn 權(quán)威發(fā)布，    東莞市捷誠(chéng)石墨制品有限公司是一家集銷售、應(yīng)用開發(fā)，產(chǎn)品加工的石墨專業(yè)廠家，專門為模具行業(yè)、機(jī)械行業(yè)、真空熱處理爐、電子半導(dǎo)體及太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)等提供石墨材料、石墨電極和相關(guān)的石墨制品，歡迎致電13549365158更多關(guān)于石墨制品方面信息，可回本網(wǎng)站產(chǎn)品頁(yè)面詳細(xì)了解點(diǎn)擊：石墨制品  石墨模具  石墨坩堝 石墨轉(zhuǎn)子 石墨軸承 石墨板 石墨棒 石墨匣體 石墨熱場(chǎng) 真空爐石墨制品 電子石墨模具