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石墨烯行业报告:二维纳米材料(25页)

行业报告下载 2020年12月16日 06:05 1 管理员

石墨烯是 2004 年用微机械剥离法从石墨中分离出的一种由碳原子以 sp²杂化轨道 组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,英文名为 Graphene,为一层碳原子构 成的二维晶体。石墨烯与其他有机高分子材料相比,有比较独特的原子结构和力学 特性,它的σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构,且每个碳原子的垂 直于层平面的 pz 轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键,因而具有优良的导电 和光学性能。石墨烯的理论杨氏模量达 1.0TPa,固有的拉伸强度为 130Gpa,是 已知强度最高的材料之一,同时还具有很好的韧性,且可以弯曲,被誉为“新材 料之王”、“黑金”。石墨烯具有超强导电性、良好的热传导性、良好的透光性、溶解性、渗透率、 高柔性和高强度等出色的材料特性。正因为这些性能,使它可应用领域非常广 泛,主要集中在基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领 域。石墨烯材料本身表现出优异的性能,其下游应用领域非常广泛,可应用在电池 电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面,且在 化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进 展。

石墨烯上游为石墨、下游主要应用领域为新能源电池、涂料、柔性屏和传 感器等领域。石墨烯产业链上游的原料为石墨,中国是全球最大的石墨生产国,但可开采储 量仅为全球第二,占世界总储量的 25%,静态可开采年限仅为 116 年,在全球 主要的石墨生产国中,仅高于挪威。石墨烯产业链中游主要为石墨烯的制备。石墨烯的制备分为两种:(1)“自上而 下”:从石墨块原材料出发,将单层或几层原子厚度的石墨烯层从石墨块中剥离 出,例如“液相剥离法”、“机械剥离法”等;(2)“自下而上”:从碳原子或碳 化合物分子结构出发,如 CH4、C2H2 等,利用晶体生长重新排列出石墨烯,例 如“化学气相沉积法”、“小分子化学合成法”、“外延生长法”等。 不同制备方法获得的石墨烯在品质和成本上差异较大,与之相关的产品的适用 领域也有一些差异。石墨烯粉体主要由球磨剥离法、液相剥离法和氧化还原法 等制备,其中氧化还原法制备的石墨烯粉体层数最少,是目前最常采用的方法。 石墨烯薄膜主要由气相沉积法和外延生长法等制备,其中化学气相沉积法可以 制备大尺寸的石墨烯薄膜,是目前被认为最有希望实现石墨烯薄膜大规模制备 的方法。

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