石墨烯 深度研究报告.pdf

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1、石墨烯——应用前景广阔，产业格局初步形成一、石墨烯横空出世，新材料重新布局1石墨烯——碳家族新材料2应用前景广阔，市场空间巨大二、产业发展、烯望无限1我国石墨烯产业发展现状：资源禀赋价值凸显2石墨烯产业链结构：格局初成3石墨烯产业化水平：中低端，小规模4未来发展，关注石墨烯制备和下游高端应用5重点公司推荐石墨烯——应用前景广阔，产业格局初步形成日前，经中国工程院院士薛群基、中国科学院院士钱逸泰等13位材料专家组的专业评审，宁波墨西“年产500吨石墨烯生产线技术改造及扩建工程项目”顺利通过验收。现场，宁波墨西宣

2、布石墨烯产业化应用成本瓶颈获得打破，石墨烯降到了最低每公斤700元；同时，上海隆振股份与宁波墨西签订了3960万石墨烯产品购销合同，石墨烯产业首个超千万元单笔购销合同产生。有着“新一代材料之王”、“硅时代的颠覆者”等光环的石墨烯迈出了产业化下游应用的重要一步。一、石墨烯横空出世，新材料重新布局1石墨烯——碳族新材料石墨烯是什么？石墨烯是一种最新发现的碳族新材料，是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。这种晶体，看似结构简单，却填补了整个碳家族最后一个维度空白。在石墨烯被分离之前，碳家

3、族存在零维富勒烯，一维的碳晶体管，三维的金刚石和石墨，唯独缺少一种二维同素异形体，各个维度之间缺乏有效的衔接，碳体系理论研究和应用始终不充分不完整。在被分离之后，这一体系终于形成了一个密切的整体。石墨烯发展历程。2010年，两位英国物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫被授予诺贝尔物理学奖，以表彰他们二维空间材料石墨烯（graphene）方面的开创性实验，由此，石墨烯在业界一举成名。2004年，两位科学家通过简单的方法制备出了具有划时代意义的新材料石墨烯，石墨烯世界大门从此被打开。随后在世界范围兴起一股石

4、墨烯研究热潮。早在20世纪30年代，科学家们就对类似石墨烯的结构进行过理论研究。基于当时科技水平的限制，并没有能够制备出单层石墨烯，科学家预言这样的二维材料在常温之下难以稳定存在。至今天，预言已被证明不正确，不仅如此，因为具有极其优良的特性，石墨烯还不负众望，惊喜连连，在多个领域获得成功应用。表1石墨烯发展历程人物时间成果朗道和佩尔斯1934年通过研究指出准二维晶体材料由于其自身的热力学不稳定，在常温下会迅速分解菲利普·华莱士1947年研究了石墨烯的电子结构林纳斯·鲍林1956年推导出相应的波函数方程大卫·莫

5、明和赫伯1966年提出Mermin-wagner理论，指出表面起伏会破坏二维晶体的长程有特·瓦格纳序谢米诺夫1984年得出与波函数方程类似的狄拉克方程穆拉斯1987年首次使用“graphene”这个名称来指定石墨烯安德烈·盖姆和康斯坦2004年从石墨中成功分离出石墨烯，方法为简单的胶带分离法，把石墨薄丁·诺沃肖洛夫片粘在胶带上，把有粘性的一面对折，再把胶带撕开，石墨片一分为二，不断重复这个过程直至得到单层石墨烯资料来源：中国中投证券研究总部石墨烯为碳体系不同维度之间建立了桥梁。直观上来讲，石墨可以看成是多层石

6、墨烯片堆垛而成，碳纳米管可以看作是卷曲圆筒状的石墨烯，富勒烯可以看作通过多个六元环和五元环按照适当顺序排列得到的。实际中，通过二维的石墨烯可以形成球状的富勒烯，一维的碳纳米管和多层的三维石墨，这个过程也可以逆转过来。这种转化能力，丰富了碳材料的制备方式，拓展了碳体系和石墨烯的功能和用途。图1石墨结构体系富勒烯碳纳米管石墨烯零维一维二维三维金刚石石墨资料来源：中国中投证券研究总部石墨烯本身具有优异的性能。十余年来，各国科研人员针对石墨烯的性能开展了大量研究和测试工作。发现二维单层石墨烯可谓特性全优，几乎全面超越

7、当前所有传统材料和新材料。单层石墨烯仅有一个原子层的厚度，其值约为0.34纳米，通过理论计算，比表面积达2到2630m/g，是最薄的新型纳米材料；其硬度超过钻石，也是目前为止强度最大的新型纳米材料；利用原子显微镜对石墨烯的强度进行研究的结果表明，其强度是钢材强度的2002倍；类似于弹道运输的内部载流子迁移率高达200000cm/v·s，电阻率比铜和银均小；在导热性能方面，导热系数高达5300W/m·K，优于碳纳米管和金刚石；在其它很多方面也都具备优异特性，十分具有商业价值。表2石墨烯特性参数性能厚度只有一个原

8、子层，约0.34纳米，为最薄新型纳米材料2理论比表面积2630m/g，可以媲美活性炭硬度超过钻石，为硬度最大新型纳米材料断裂强度125GPa，比最好的钢材高200倍导电性电阻率比铜和银更低，为世上电阻率最小的材料导热性导热系数5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石弹性拉伸幅度达自身尺寸的20%其他性能几乎完全透明，只吸收2.3%的光，又非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透，具备优越的