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石墨烯材料發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

文章出處:江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 m.jf-cctv.com責任編輯:江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 m.jf-cctv.com人氣:-發(fā)表時間:2018-05-07 09:18【

一、關(guān)于石墨烯材料

1. 定義與內(nèi)涵

石墨烯是緊密堆積成二維六方蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)單層碳原子。單層石墨烯厚度僅為0.35納米,是目前已知最輕最薄的材料,它在室溫下的電子遷移率為2×105 cm2·V-1·s-1,是光速的1/300,理論比表面積達2630 m2·g-1,全波段光吸收只有2.3%,導熱率高達5000W·m-1·K-1,楊氏模量超過1100GPa,抗拉強度超過130GPa,且韌性非常好。

2. 主要作用與意義

石墨烯具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、導電性高、韌度高、強度高、比表面積超大等突出的物理化學性質(zhì),在半導體、光伏、能源、航空航天、國防軍工、新一代顯示器等領(lǐng)域都將帶來革命性的技術(shù)變革,一旦量產(chǎn)必將會成為下一個萬億級的產(chǎn)業(yè),將會成為國民經(jīng)濟增長的重要組成部分。發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)對帶動制造業(yè)相關(guān)下游產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步,提升創(chuàng)新能力,加快轉(zhuǎn)型升級,搶占新一輪競爭制高點,都有著重要的經(jīng)濟和社會意義。

二、世界發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

由于石墨烯的重要特性和巨大應用價值,美國、歐盟、日本和中國等80多個國家皆將石墨烯材料的發(fā)展提高到戰(zhàn)略高度,相繼投入數(shù)十億美元用于石墨烯材料的研究和開發(fā)。歐盟委員會將石墨烯列為僅有的兩個“未來新興技術(shù)旗艦項目”之一。美國將石墨烯視為支撐未來科技發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。各國企業(yè)也積極進行石墨烯產(chǎn)業(yè)的布局,據(jù)統(tǒng)計,全球有近300家公司涉足石墨烯相關(guān)的研究和開發(fā)。

1. 石墨烯規(guī)?;苽浼夹g(shù)

2. 石墨烯應用在功能化器件

3. 石墨烯應用在功能涂層

4. 石墨烯應用在結(jié)構(gòu)功能一體化復合材料

5. 石墨烯應用在導電油墨

6. 石墨烯應用在半導體信息產(chǎn)業(yè)

7. 石墨烯應用在能量儲存與轉(zhuǎn)換

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三、我國發(fā)展現(xiàn)狀與水平

我國政府高度重視石墨烯發(fā)展,工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委和科技部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)鍵材料升級換代工程實施方案》中明確提出支持石墨烯實現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn)和規(guī)模應用。工信部專門印發(fā)了《加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》。習近平主席在參觀英國國家石墨烯研究院時提出:“中英兩國在石墨烯研究領(lǐng)域完全可以實現(xiàn)強強聯(lián)合”。

我國石墨烯研發(fā)起步相對較晚,但2010年后發(fā)展迅速,整體接近國外先進水平,部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了領(lǐng)先。在基礎(chǔ)科研方面,全球石墨烯研究論文超過12萬篇,中國占有40%,排名第一;全球?qū)@暾埧偭繛?9229件,中國專利申請量為23953件,占比48.65%,排名第一。

在石墨烯產(chǎn)業(yè)化方面,各級政府也在積極加快產(chǎn)業(yè)化步伐,石墨烯薄膜和粉體已實現(xiàn)量產(chǎn),下游應用正穩(wěn)步推進。

四、我國進一步發(fā)展重點與對策建議

1. 發(fā)展重點

“十三五”前期發(fā)展重點集中于石墨烯原材料的批次穩(wěn)定和可控制備,在能源、復合材料、環(huán)境等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化延伸,逐步形成產(chǎn)業(yè)集群;“十三五”后期發(fā)展重點集中于石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈的延伸及對不同領(lǐng)域的引領(lǐng)作用,全面拓展石墨烯在能源、復合材料、環(huán)境領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)集群。逐漸拓展石墨烯在電子薄膜、電子器件等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進程,并在基礎(chǔ)材料領(lǐng)域的研發(fā)取得世界領(lǐng)先地位。

同時,石墨烯粉體具有成本低、導熱和導電性能優(yōu)異的特點,有望短期內(nèi)在能源、環(huán)境和復合材料等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?;瘧?,應該加強在這些領(lǐng)域的應用技術(shù)研究。

石墨烯薄膜具有高質(zhì)量、少缺陷和卓越的導電性能,在半導體、新一代顯示器等領(lǐng)域呈現(xiàn)了巨大的應用前景,應重點攻克。

2. 對策與建議

為了更有效地促進我國石墨烯技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展,建議進一步采取以下對策:

首先,加強統(tǒng)籌。在國家層面上將石墨烯產(chǎn)業(yè)歸口在一個部門管理,組織專家進行調(diào)研,根據(jù)不同地區(qū)優(yōu)勢,鼓勵石墨烯企業(yè)并購重組,提高石墨烯產(chǎn)業(yè)集中度;政府部門應完善公共研發(fā)、技術(shù)轉(zhuǎn)化與交流等平臺,聯(lián)合企業(yè)、院所建立產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)合作和權(quán)益共享的石墨烯產(chǎn)業(yè)化研究平臺,避免低水平重復建設和市場的無序競爭。

其次,在石墨烯技術(shù)與應用方面,由于石墨烯應用在電子領(lǐng)域還處在實驗階段,最快可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用的領(lǐng)域包括能源、環(huán)境和復合材料等領(lǐng)域。因此,建議“十三五”期間,由中央政府主導,結(jié)合地方政府,聯(lián)合科研院所和企業(yè),集中力量,通過發(fā)揮產(chǎn)學研各方創(chuàng)新資源和技術(shù)優(yōu)勢,實現(xiàn)石墨烯在這些領(lǐng)域的重大突破。

同時,應進一步推出產(chǎn)學研合作。目前,我國石墨烯產(chǎn)業(yè)正處于商業(yè)化應用的關(guān)鍵時期,政府部門應引導企業(yè)攜手高校、院所,通過“產(chǎn)學研”相結(jié)合,充分發(fā)揮高校、科研院所與企業(yè)在基礎(chǔ)研究和工程化生產(chǎn)方面的各自優(yōu)勢,協(xié)同攻克石墨烯產(chǎn)業(yè)化中的關(guān)鍵技術(shù)。