石墨烯产业发展现状与建议

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1、石墨烯产业发展现状与建议■文/孟良孙明娟济宁利特纳米技术有限责任公司一、石墨烯的应用现状石墨烯是一种具有优异力学、热学和电学性能的新型碳材料。石墨烯材料的研发涉及国家高新技术材料的产业基础，产业关联涉及新材料、能源、环境、航空航天、国防等领域，对国家的发展起着重要作用，因此，各国政府积极支持石墨烯研发：欧洲联盟2013年启动投资10亿欧元的石墨烯旗舰计划；韩国和英国分别投入3.5亿美元、5000万英镑进行商业化计划；中国在《新材料产业“十二五”发展规化》中，将石墨烯作为优先发展的前沿新材料之一。石墨烯原材料的规模化制备是构筑石墨烯产

2、业链的基础，对开发下游产品有着根本性的作用，对石墨烯的产业化发展起着承上启下的作用。石墨烯行业近几年呈井喷式发展态势，企业和产品已经如雨后春笋般大量出现。其中涉足石墨烯下游应用的企业逐渐增多，包括电子领域的高性能芯片、LED、柔性显示屏；能源领域的静电喷漆系统、高性能电池、超级电容器、太阳能电池；航空航天、海洋领域的防护涂料、复合材料、电磁屏蔽材料、隐型材料；环境领域的污水处理、海水淡化、大气污染治理；高强度橡胶、塑料，医药领域的药物输送、临床检测等。自2010年石墨烯发现者获得诺贝尔物理学奖后已有4年时间，石墨烯规模化制备的技术瓶

3、颈已逐渐突破，限制石墨烯行业发展的不再是石墨烯的规模性制备，而是如何让制备的石墨烯满足不同应用领域的需求，如何使石墨烯的高性能如高导电性、高导热性、高透光性在应用领域充分发挥。这是目前从事石墨烯材料的研究机构和企业共同面临一个关键性技术问题，同时也是石墨烯行业未来2～3年内需要突破的关键性瓶颈。目前，国内各石墨烯相关企业纷纷在自身技术优势的基础上，开展石墨烯的下游应用，涉及的领域主要集中在锂离子电池、超级电容器、柔性显示屏、防护涂料、污水处理等几个方面。在这些应用领域中，水污染处理、功能性涂料、锂离子电池3方面的研究最多，也是目前石

4、墨烯应用中较为成熟的领域。1、水污染处理相关数据显示，中国600多个城市都不同程度面临着水源地突发污染事件的威胁，存在水源地安全隐患。近期不断发生的重金属污染突发事件，如2005年珠江支流北江镉污染事故、2006年湖南岳阳砷污染事件、2010年福建紫金矿业重大污染事件、2011年匈牙利铝厂毒泥浆对多瑙河的污染、新材料产业NO.11201411FOCUS2012年广西河池市镉污染事件，对应对突发性环境污染事件，有效彻底防治重金属对环境的污染提出了更高的标准。2012年初，石墨烯材料诺贝尔奖得主Geim教授研究发现氧化石墨烯薄膜可屏蔽除

5、水之外所有其他分子，由此发现石墨烯可望用于制备过滤器材料，从而在海水净化、污水处理等方面有极大应用前景。2013年初，洛克希德·马丁公司投资1500万美元开发用于海水淡化的石墨烯技术。石墨烯包覆沙砾可组装成过滤材料，其对汞的去除能力比其他吸附剂高5倍，石墨烯-磁性铁纳米粒子复合物用于从水中分离砷。因此，石墨烯有望在许多领域取代现有的碳吸附材料，成为21世纪最优秀的环境材料之一，在工业废水的治理、地表（饮用）水净化、贵金属冶炼与回收等方面得到广泛应用。济宁利特纳米技术有限责任公司（以下简称“济宁利特纳米”）开发的水污染治理中处理重金属

6、的产品具有以下3方面的优势：①性能优势：对铅的吸附容量可达1080mg/g，是常规碳材料的7倍之多，吸附后重金属离子浓度可低至ppb级；②再生性能优势：吸附剂可重复使用50次以上；③价格优势:开发的石墨烯吸附剂成本比离子交换纤维价格低，和部分鳌合树脂相当，但吸附容量是螯合树脂的2倍以上。2.石墨烯-功能性涂料涂料是海洋船舶最主要的防腐防污手段，为了提高涂料的防腐性能，可在防腐涂料中加入具有鳞片状结构的云母粉或具有纳米结构的二氧化硅等填料，增强涂层的致密性，降低防腐涂层的渗透性能。但这些结构仅能提供物理防腐，达不到理想的防腐效果。为了

7、提高涂料的防污性能，需在防腐漆中渗入对生物有毒的物质，这些物质会在船舶行驶过程中释放杀虫剂，对环境造成一定污染。因此，开发新型兼备防腐和防污效果的防污防腐涂料成为船舶漆发展中一个关键性科学技术问题。石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维片层结构的新材料，具有优异的导电性能（电阻率为10-6Ω/cm）、高的径厚比（>200）以及薄的片层结构（<1nm），应用于防腐涂料中可发挥物理防腐和化学防腐2种优势，大大提高涂料的防腐性能。同时石墨烯还被证明具有抗菌性能，加入到防腐涂料中提高涂料的防污性能。现在很多科研工作者都开始研究石墨烯在腐蚀方面

8、的应用，一系列的研究成果表明石墨烯在腐蚀防护方面有很大的潜力。研究表明用1%（质量分数）的石墨烯代替50%（质量分数）的锌粉，可达到富锌环氧涂料相同的防腐蚀效果，同时还可以提高防腐蚀时间，另外，每吨涂料可以便宜1000多元。用石墨烯制