石墨烯——神奇的碳單層結(jié)構(gòu)。石墨烯是一種碳原子單層平面晶體新材料，它獨(dú)特的碳單層結(jié)構(gòu)一度被認(rèn)為無(wú)法穩(wěn)定存在。2004 年兩位英國(guó)物理學(xué)家成功從石墨中分離得到石墨烯，并因此榮獲2010 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　納米尺寸石墨烯具有獨(dú)特的性能，在多種應(yīng)用領(lǐng)域有廣闊的前景。納米尺寸的石墨烯具有與眾不同的光、電、磁、熱、力學(xué)等特性;片狀石墨烯由于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)特殊，在電、熱傳導(dǎo)方面具有很大的優(yōu)勢(shì);隨著研究的深入，石墨烯的性質(zhì)和應(yīng)用范圍也在不斷拓展，在諸如催化、儲(chǔ)氫、海水淡化、癌癥治療等領(lǐng)域進(jìn)展頗豐。

石墨烯的 優(yōu)異性能

　　自2004 年第一次用機(jī)械剝離方法得到石墨烯后，石墨烯優(yōu)良的性能和廣闊的應(yīng)用前景吸引了世界各國(guó)研究者的關(guān)注，隨之開(kāi)發(fā)出眾多石墨烯制備方法。目前已知制備石墨烯的方法有10 種以上，主流的包括機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相合成法、外延生長(zhǎng)法和氧化還原法等，此外還可以通過(guò)石墨插層、有機(jī)合成、晶膜生長(zhǎng)、溶劑加熱等方法。目前石墨烯制備存在成品率較低、環(huán)保成本高等問(wèn)題，這些問(wèn)題一定程度制約了石墨烯的工業(yè)應(yīng)用。

石墨烯各種制備方法優(yōu)劣比較

　　從產(chǎn)品形貌來(lái)看，目前石墨烯主要分為粉體和薄膜兩種。石墨烯粉體由1-10 層不等的石墨烯微片構(gòu)成，潛在的下游應(yīng)用是導(dǎo)電添加劑、復(fù)合材料、散熱導(dǎo)熱、導(dǎo)電油墨、儲(chǔ)能、海水淡化、防腐材料等;石墨烯薄膜是相對(duì)大尺寸的石墨烯單晶或多晶薄膜，主要適合用于觸摸屏等。

石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈

　　世界各國(guó)紛紛開(kāi)展石墨烯研究，截止目前約有80 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展石墨烯研究。總體上，前期世界各國(guó)的支持政策主要集中在石墨烯基礎(chǔ)研究;當(dāng)前大多集中在石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈中游，以石墨烯功能器件研發(fā)為主;預(yù)計(jì)未來(lái)5 到10 年，各國(guó)對(duì)石墨烯行業(yè)的支持仍將集中在石墨烯中游產(chǎn)業(yè)鏈，以進(jìn)一步加快石墨烯產(chǎn)業(yè)化。

　　同時(shí)少數(shù)領(lǐng)先國(guó)家已形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，擁有規(guī)�；�下游應(yīng)用。例如美國(guó)已形成相對(duì)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，覆蓋從研究到生產(chǎn)制備、再到下游應(yīng)用環(huán)節(jié)，尤其是下游應(yīng)用環(huán)節(jié)表現(xiàn)多元化，包括IBM、英特爾、波音等眾多大型企業(yè)，同時(shí)良好的創(chuàng)業(yè)環(huán)境催生了眾多快速發(fā)展的中小型石墨烯企業(yè)。

各國(guó)的石墨烯研發(fā)現(xiàn)狀

　　我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)步入規(guī)�；瘧�(yīng)用初期

　　去年政府對(duì)于石墨烯的關(guān)注度迅速提升，在多個(gè)重要文件中提及石墨烯發(fā)展目標(biāo)。特別是2015 年11 月20 日發(fā)改委、工信部和科技部三部門聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見(jiàn)》，明確提出將石墨烯打造為先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

　　2012 年，工信部在《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中提出我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)建設(shè)目標(biāo)，要使新材料產(chǎn)業(yè)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，初步實(shí)現(xiàn)材料大國(guó)向材料強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。

　　科技部在2012 年印發(fā)了《納米研究國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》，并在“863計(jì)劃”納米材料專項(xiàng)中將石墨烯研發(fā)作為一個(gè)重點(diǎn)的支持內(nèi)容;在“十三五”科技發(fā)展規(guī)劃中，石墨烯研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化更有望單獨(dú)占有重要位置。

　　2014 年11 月，發(fā)改委、財(cái)政部、工信部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)鍵材料升級(jí)換代工程實(shí)施方案 》 ，方案提出到2016 年推動(dòng)包括石墨烯在內(nèi)的20 種重點(diǎn)新材料實(shí)現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn)和規(guī)模應(yīng)用。

　　2015 年國(guó)務(wù)院發(fā)布《中國(guó)制造2025》，明確了石墨烯在戰(zhàn)略前沿材料中的關(guān)鍵地位，強(qiáng)調(diào)其戰(zhàn)略布局和研制，為提升中國(guó)制造水平積蓄力量。

《中國(guó)制造2025》石墨烯產(chǎn)業(yè)制定目標(biāo)

　　我國(guó)石墨烯研究起步早，研究受到國(guó)家重視。從石墨烯剛剛成為科研界新星之時(shí)，中國(guó)各大科研機(jī)構(gòu)就已經(jīng)緊跟前沿科學(xué)的腳步，涉足石墨烯研究。清華大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、中科院北京物理所、中科院沈陽(yáng)金屬所、中科院寧波材料所、中科院山西煤化所等眾多高校和研究所紛紛成立相關(guān)研究組，投入大量經(jīng)費(fèi)，引進(jìn)眾多海歸人才，加強(qiáng)石墨烯領(lǐng)域的研究和探索，同時(shí)國(guó)家自然基金委等也給予重大項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持。

國(guó)家自然基金委資助的有關(guān)石墨烯的重大項(xiàng)目清單

　　我國(guó)石墨烯專利和論文全球第一。2010 年后，全球石墨烯相關(guān)論文和專利數(shù)量呈井噴式增長(zhǎng)。從1991 年開(kāi)始至今，全球共發(fā)表石墨烯相關(guān)SCI 論文137690篇。其中，中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)和日本發(fā)表論文數(shù)量位居全球前四名，占比分別是34.2%、18.9%、7.5%和5.4%。此外中國(guó)已成為全球范圍內(nèi)石墨烯的出版物和專利的領(lǐng)先者，申請(qǐng)的石墨烯專利數(shù)量占全世界的1/3，位居全球首位。從各原創(chuàng)國(guó)的技術(shù)申請(qǐng)范圍看，韓國(guó)、美國(guó)和日本都在積極進(jìn)行專利全球布局，但我國(guó)專利海外布局薄弱，亟待進(jìn)一步加強(qiáng)。

　　石墨烯專利由制備工藝向應(yīng)用領(lǐng)域轉(zhuǎn)變。從石墨烯專利技術(shù)申請(qǐng)領(lǐng)域看，2013 年之前，石墨烯相關(guān)研究主要集中在制備領(lǐng)域，2011 年至2013 年間制備技術(shù)專利占石墨烯專利申請(qǐng)比例逐步提升。2013-2015 年間，全球新增大量關(guān)于復(fù)合纖維、涂層、功能薄膜、水處理等新興領(lǐng)域的石墨烯技術(shù)專利申請(qǐng)，其中關(guān)于石墨烯基復(fù)合材料和儲(chǔ)能的專利申請(qǐng)占比分別達(dá)27%和15%。

世界范圍內(nèi)石墨烯相關(guān)專利申請(qǐng)

石墨烯專利技術(shù)在不同應(yīng)用領(lǐng)域的分布

　　石墨烯產(chǎn)業(yè)園成立落實(shí)優(yōu)惠政策。在國(guó)家政策的鼓勵(lì)下，各地區(qū)相繼成立了常州石墨烯產(chǎn)業(yè)園、無(wú)錫石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范基地、青島石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新示范基地等產(chǎn)業(yè)園區(qū)和示范基地，地方政府通過(guò)招商引資以及給予稅費(fèi)優(yōu)惠等政策吸引高新技術(shù)企業(yè)落戶產(chǎn)業(yè)園。

　　中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟于2013 年應(yīng)運(yùn)而生。該聯(lián)盟常務(wù)理事單位6 家，聯(lián)盟發(fā)起單位26 家，目前已發(fā)展到53 家，其中高校17 家、科研院所7 家、企業(yè)29 家，基本囊括了國(guó)內(nèi)從事石墨烯研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的主流單位，成立至今在國(guó)際已經(jīng)具備一定影響力。

　　當(dāng)前，國(guó)內(nèi)某些公司已具備提供石墨烯的能力，但主要應(yīng)用于試驗(yàn)和應(yīng)用研究，真正實(shí)現(xiàn)高端應(yīng)用的較少，且相關(guān)企業(yè)的年產(chǎn)能大多不超過(guò)百噸級(jí)。隨著政策支持力度的加大、資本投入以及宏量制備技術(shù)的突破，未來(lái)5-10 年，多數(shù)企業(yè)年產(chǎn)能將達(dá)到千噸級(jí)，少部分大型企業(yè)年產(chǎn)能有望達(dá)到萬(wàn)噸級(jí)。

　　• 石墨烯薄膜 2015 年我國(guó)的石墨烯薄膜制備技術(shù)突破了薄膜面積大小的限制，可以試制滿足任何尺寸需求的薄膜，技術(shù)難點(diǎn)為提高產(chǎn)品良率和降低電阻率。

　　• 石墨烯粉體 2015 年石墨烯粉體產(chǎn)品通過(guò)下游市場(chǎng)開(kāi)拓首次實(shí)現(xiàn)了銷售量的突破，代表企業(yè)第六元素全年?duì)I收增長(zhǎng)超過(guò)600%，主要產(chǎn)品為海水防腐涂料等。然而目前每生產(chǎn)1g 石墨烯產(chǎn)生20g 廢酸，處理成本相對(duì)較高。

　　當(dāng)前，我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)中的部分企業(yè)注意力已經(jīng)從材料制備轉(zhuǎn)向下游應(yīng)用。受制備技術(shù)和成本因素影響，目前市面上的石墨烯產(chǎn)品主要為粉體、涂料、散熱膜和觸控屏等;根據(jù)各公司網(wǎng)站及新聞資料，具備石墨烯研發(fā)生產(chǎn)能力的部分企業(yè)及其主要產(chǎn)品歸納如下

國(guó)內(nèi)企業(yè)石墨烯制備和產(chǎn)品研究進(jìn)展

　　2025 年石墨烯產(chǎn)業(yè)有望迎來(lái)千億級(jí)產(chǎn)業(yè)規(guī)模

　　石墨烯具備優(yōu)良的電學(xué)性能、機(jī)械性能、光學(xué)性能和高比表面積，目前已知的應(yīng)用領(lǐng)域包括電子器件領(lǐng)域、能源領(lǐng)域、環(huán)保領(lǐng)域以及金屬制品電磁防護(hù)、防腐涂料、導(dǎo)電油墨等。

　　石墨烯作為工業(yè)添加劑，材料本身市場(chǎng)規(guī)模并不大，各機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)到2020 年石墨烯材料本身市場(chǎng)規(guī)模在1.5-3 億美元之間，并在2015-2020 年期間保持40%以上增速。

　　《中國(guó)制造2025》明確了石墨烯發(fā)展目標(biāo)，文件指出到2020 年“規(guī)模制備及電化學(xué)儲(chǔ)能 、印刷電子、航空航天用輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料、海洋工程防腐等應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)水平達(dá)國(guó)際領(lǐng)先，大幅提升相關(guān)產(chǎn)品性能，形成百億元產(chǎn)業(yè)規(guī)模。到2025 年突破石墨烯在電子信息領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億。”

石墨烯材料市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)

　　電子器件應(yīng)用領(lǐng)域

　　石墨烯在電子器件領(lǐng)域主要用作散熱材料、柔性觸控屏材料、傳感器材料和芯片材料等。

石墨烯在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用

　　1)應(yīng)用于散熱材料

　　石墨烯是已知的導(dǎo)熱系數(shù)最高的物質(zhì)。石墨烯理論導(dǎo)熱率達(dá)到5300W/m•K，并且遠(yuǎn)高于石墨;石墨烯所具有的快速導(dǎo)熱特性與快速散熱特性使得石墨烯成為極佳的散熱材料，可用于智能手機(jī)、平板電腦、大功率節(jié)能LED 照明、超薄LCD 電視等散熱。

　　石墨烯是傳統(tǒng)石墨散熱膜的理想替代材料。傳統(tǒng)的石墨散熱技術(shù)由于石墨的高導(dǎo)熱性能以及相對(duì)廉價(jià)易生產(chǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，包括iPhone、LG、小米、中興等許多品牌都手機(jī)上都應(yīng)用了石墨散熱這一技術(shù)。隨著市場(chǎng)對(duì)芯片處理速度要求越來(lái)越高，大頻率芯片及大功率電池成為了智能手機(jī)和平板電腦的必然選擇，這也開(kāi)啟了導(dǎo)熱性能更好的石墨烯散熱薄膜的發(fā)展空間。此外石墨烯散熱片還可制成柔性材質(zhì)，更加符合電子產(chǎn)品對(duì)散熱材料的要求。

　　2)應(yīng)用于柔性觸控屏

　　石墨烯幾乎完全透明，導(dǎo)電性能卓越，而且碳原子的連接十分柔韌，可以用于制作透明導(dǎo)電膜、柔性材料，應(yīng)用于柔性電容觸摸屏、OLED 面板、柔性LCD 面板等。

　　石墨烯觸控屏性能優(yōu)異，有望替代ITO。目前通用的觸控屏使用氧化銦錫(ITO)為原料，在目前使用的觸摸屏中，ITO 占據(jù)了40%左右的成本。在產(chǎn)品性能上，石墨烯具有更優(yōu)異的透明性(只吸收2.3%的光)、更出色的導(dǎo)電性能以及ITO 所不具備的強(qiáng)韌性(可彎曲，拉伸20%仍不斷裂)。在產(chǎn)品生產(chǎn)方面，稀有金屬的銦作為ITO 導(dǎo)電膜的原料，存在供需緊張的風(fēng)險(xiǎn)。目前石墨烯觸控屏成本高于ITO，隨著石墨烯成本降低、柔性技術(shù)的逐步推廣，或?qū)⒅鸩饺〈鶬TO。

　　已有多家企業(yè)實(shí)現(xiàn)從柔性屏到多點(diǎn)觸控柔性屏的突破。以石墨稀材料技術(shù)制作的柔性觸摸屏可讓不規(guī)則或弧形的移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的多點(diǎn)觸控功能，如韓國(guó)三星和蘭石科技均宣布制成了石墨烯可折疊顯示器、常州二維碳素(833608.OC)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模石墨烯透明導(dǎo)電薄膜生產(chǎn)線的投產(chǎn)。

　　3)應(yīng)用于傳感器

　　石墨烯適用于制作高靈敏度應(yīng)力傳感器。石墨烯不但具有納米尺寸，而且還具備準(zhǔn)連續(xù)特點(diǎn)，這種準(zhǔn)連續(xù)的納米石墨烯薄膜可轉(zhuǎn)移到柔性襯底上，制作柔性、透明的高靈敏度應(yīng)力傳感器，進(jìn)而應(yīng)用于人造電子皮膚等領(lǐng)域。并且由于石墨烯傳感器穩(wěn)定性強(qiáng)、體積小，制成的石墨烯電子皮膚厚度小，可被黏在手指上檢測(cè)關(guān)節(jié)活動(dòng);諾基亞和中科院物理所等均已宣布在石墨烯電子皮膚中取得進(jìn)展;應(yīng)力測(cè)量范圍超過(guò)30%，靈敏因子提高到500 以上。

　　可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的飛躍發(fā)展給石墨烯帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)機(jī)遇�？纱┐髟O(shè)備對(duì)屏幕柔性要求較高，需要靈敏的傳感器配件。根據(jù)NPD DisplaySearch 可穿戴式設(shè)備市場(chǎng)及預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，可穿戴式設(shè)備市場(chǎng)如移動(dòng)追蹤器、通知裝置、智能手表及頭戴式顯示器等，預(yù)計(jì)到2019 年全球市場(chǎng)將達(dá)1.5 億臺(tái)。

全球可穿戴設(shè)備出貨量預(yù)測(cè)

石墨烯傳感器應(yīng)用時(shí)間節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)

　　4)應(yīng)用于芯片材料

　　石墨烯在半導(dǎo)體材料中的應(yīng)用屬于高級(jí)應(yīng)用，目前僅少數(shù)頂尖公司具備該項(xiàng)研發(fā)生產(chǎn)能力，其中技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)是韓國(guó)三星和美國(guó)IBM。

　　石墨烯做的晶體管具有更高的效率，更快的運(yùn)行速度并且能耗更低

　　• 效率高穩(wěn)定性好 目前集成電路晶體管普遍采用硅材料制造;但當(dāng)硅材料尺寸小于10納米時(shí)，硅晶體管的穩(wěn)定性將沒(méi)有保障。而石墨烯高度穩(wěn)定，即使切割成1 納米寬的元件仍能夠保持性能。

　　• 電子遷移速度極快(室溫下可達(dá)20 萬(wàn)cm2/V•s，是硅的100 倍) 石墨烯的運(yùn)行速度可達(dá)太赫茲，可以運(yùn)行在比硅電路高得多的頻率上，如100GHz 甚至1THz。而在現(xiàn)有材料和技術(shù)條件下，產(chǎn)生4GHz 以上的頻率難度都相當(dāng)高。

　　能源應(yīng)用領(lǐng)域

　　石墨烯在能源領(lǐng)域主要有以下方向的應(yīng)用研究

　　• 鋰電池 1)基于石墨烯優(yōu)良的電學(xué)和化學(xué)特性對(duì)鋰電池材料進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)使用石墨烯或石墨烯復(fù)合材料提升電池的能量密度、功率密度或縮短充電時(shí)間;2)利用石墨烯的力學(xué)性能制作柔性基體使得鋰電池具備彎折、拉伸，甚至扭曲、折疊等功能。

　　• 超級(jí)電容 研究人員希望利用石墨烯高能量密度等特性制成應(yīng)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域，儲(chǔ)能量大、充電快的石墨烯“超級(jí)電池”，以及超級(jí)電容器。

石墨烯在能源領(lǐng)域的應(yīng)用

　　1)應(yīng)用于鋰電池

　　石墨烯及其復(fù)合材料可應(yīng)用于鋰離子電池的正極材料、負(fù)極材料、導(dǎo)電漿料等。目前已有多家公司進(jìn)行石墨烯在鋰電池的應(yīng)用拓展，石墨烯在鋰電池正極材料導(dǎo)電添加劑方面已經(jīng)量產(chǎn)。

　　石墨烯負(fù)極材料能夠提高負(fù)極鋰電池理論比容量和倍率性能。石墨烯是由單層碳原子緊密排列構(gòu)成，比表面積大，其理論比容量為740-780mAh/g，為傳統(tǒng)石墨材料的2 倍多;石墨烯的孔道結(jié)構(gòu)使得鋰離子在負(fù)極材料中的擴(kuò)散路徑比較短，有效提高電導(dǎo)率;石墨烯優(yōu)異的機(jī)械性能和化學(xué)性能使得其復(fù)合電極材料具備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，能夠有效提高電極材料循環(huán)穩(wěn)定性。

　　鋰電池正極材料導(dǎo)電添加劑，顯著提高充放電及導(dǎo)電性能。正極材料導(dǎo)電添加劑是石墨烯鋰電池應(yīng)用中走在產(chǎn)業(yè)化最前端的一環(huán)，主要障礙是石墨烯分散的均勻性。寧波墨西等多家單位已宣布推出或計(jì)劃推出鋰電池導(dǎo)電添加劑產(chǎn)品。

　　石墨烯功能涂層鋁箔可有效降低電池內(nèi)阻。石墨烯涂覆于鋁箔集流體上，形成石墨烯功能涂層鋁箔，有助于進(jìn)一步提升鋰電池的綜合性能。以磷酸鐵鋰電池為例，使用石墨烯涂層鋁箔可使電池內(nèi)阻降低一半，而容量不受損失，同時(shí)電池的循環(huán)壽命提高20%以上。

各種超級(jí)電容器材料的性能參數(shù)

　　2)應(yīng)用于超級(jí)電容器

　　超級(jí)電容器在其充放電的過(guò)程始終只涉及物理變化，與利用化學(xué)反應(yīng)的電池不同，具有性能穩(wěn)定、充電時(shí)間短、循環(huán)次數(shù)多、電容量大等特點(diǎn);在工業(yè)控制、風(fēng)光發(fā)電、交通工具、智能三表、電動(dòng)工具、軍工等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。但是，超級(jí)電容器目前受到電極材料的制約，能量密度普遍低于20wh/kg。

　　石墨烯可顯著提高超級(jí)電容器能量密度。石墨烯本身具備超大的比表面積(2600 m2/g)，應(yīng)用于超級(jí)電容器電極能顯著提高儲(chǔ)能密度，在實(shí)驗(yàn)室階段其儲(chǔ)能密度可達(dá)170 Wh/kg，與鉛酸電池接近，是超級(jí)電容器的理想電極材料。例如青島儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院采用石墨烯基復(fù)合電極材料路線，開(kāi)發(fā)出容量可控的鋰離子電容器器件，并嘗試應(yīng)用于電動(dòng)自行車上;鉛酸電池需要10 小時(shí)可充滿電，鋰離子電容器約為1-3 個(gè)小時(shí)。

　　但目前石墨烯超級(jí)電容的實(shí)際能量密度還不夠高，在石墨烯基電極制備過(guò)程中容易發(fā)生堆疊現(xiàn)象，導(dǎo)致材料比表面積和離子電導(dǎo)率下降。目前正在通過(guò)對(duì)石墨烯進(jìn)行修飾或與其他材料形成復(fù)合電極材料來(lái)努力克服石墨烯的缺點(diǎn)。

石墨烯在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

　　復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域

　　其他應(yīng)用領(lǐng)域包括電線電纜的電磁防護(hù)、船舶等產(chǎn)品金屬表面的防腐涂料、重金屬污染物的吸附、海水淡化等。

　　1)作為電纜保護(hù)材料

　　石墨烯的導(dǎo)電性能優(yōu)于銅。石墨烯是目前世界上電阻率最小的材料，電阻率低于目前國(guó)內(nèi)電線電纜的首選材料銅;石墨烯有可能成為電纜導(dǎo)體的替代產(chǎn)品。

　　石墨烯的電磁屏蔽防護(hù)性能高于傳統(tǒng)的鍍錫層和金屬絲編織屏蔽層。與傳統(tǒng)的鍍錫層和金屬絲編織屏蔽層相比，石墨烯一方面提高了屏蔽效果，降低外部干擾;另一方面還能避免出現(xiàn)屏蔽間隙，防止屏蔽金屬絲因斷絲而扎入纜芯而影響電纜絕緣性能。

　　根據(jù)中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)年鑒的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，按照每年10%的增長(zhǎng)率保守估計(jì)，2017 年我國(guó)的射頻電纜產(chǎn)量為8 百萬(wàn)千米以上。中超電纜擁有多項(xiàng)石墨烯電纜防護(hù)專利，并與無(wú)錫第六元素合作進(jìn)行電纜產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

　　2)作為功能涂料

　　石墨烯優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)和光學(xué)性能，使石墨烯成為新一代涂料的焦點(diǎn)，研究者認(rèn)為，帶有大量含氧官能團(tuán)的功能化石墨烯，與樹(shù)脂、高分子材料的結(jié)合力強(qiáng)，極其適合作為補(bǔ)強(qiáng)材料或功能化材料;石墨烯具備在防腐、防水、導(dǎo)電或抗靜電涂料等領(lǐng)域快速拓展的潛力。

　　• 導(dǎo)電涂料 傳統(tǒng)的導(dǎo)電涂料通過(guò)加入金屬或金屬氧化物顆粒(如銀粉、銅粉、氧化鋅等導(dǎo)電性物質(zhì))作為添加劑來(lái)達(dá)到涂膜導(dǎo)電的目的。相比銀粉等傳統(tǒng)添加劑，石墨烯由于具有很高的電子遷移率和優(yōu)異的電學(xué)性能，能夠更好地實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電涂料所要達(dá)成的目標(biāo);而且由于石墨烯還具備優(yōu)異的機(jī)械性能及熱性能，使得這種新型導(dǎo)電涂料更加耐用，更能適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。

　　• 防腐涂料 石墨烯對(duì)金屬腐蝕的保護(hù)作用成為了涂料領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)的一個(gè)重要方向。目前第六元素(831190.OC)已研制出可用于海上風(fēng)電設(shè)備的鋅烯重防腐涂料，以期提高設(shè)備的抗腐蝕能力以及降低成本。石墨烯對(duì)于金屬腐蝕的保護(hù)作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 1)石墨烯可層層疊加形成致密的隔絕層，起到物理防腐作用;2)石墨烯的導(dǎo)電性能還能迅速地將陽(yáng)極反應(yīng)中Fe失去的電子傳導(dǎo)到涂料表面，起到電化學(xué)防腐的作用;3)石墨烯由于其特殊的力學(xué)性質(zhì)更加堅(jiān)固抗損傷，進(jìn)而顯著延緩了金屬的腐蝕速度。

　　• 抗靜電涂料 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子、電器、航空及化工等多種領(lǐng)域?qū)ν苛系目轨o電性能要求越來(lái)越高。而石墨烯所具有的高導(dǎo)電性、強(qiáng)力學(xué)性能等特點(diǎn)，有利于制備高性能、高強(qiáng)度的抗靜電涂料。

　　• 透光涂料 石墨烯由于具有良好的光學(xué)性能，可以在實(shí)現(xiàn)防腐等目標(biāo)的基礎(chǔ)上，用于汽車船舶玻璃、顯示器、電視機(jī)等領(lǐng)域。

　　石墨烯涂料的產(chǎn)業(yè)前景。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，防腐涂料、導(dǎo)電涂料等工業(yè)涂料的需求量迅速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)涂料總產(chǎn)量從2005 年的249.05 萬(wàn)噸已經(jīng)增至2014 年的1648.19 萬(wàn)噸，按照20%的增量測(cè)算，2017 年的涂料產(chǎn)量將接近3100 萬(wàn)噸。如果石墨烯涂料能突破成本瓶頸，并在實(shí)際應(yīng)用中也表現(xiàn)出非常好的效果，其有望在工業(yè)涂料的領(lǐng)域里占據(jù)主要地位，市場(chǎng)空間極其巨大。

石墨烯環(huán)氧防底漆可顯著提高涂料耐腐蝕性

我國(guó)國(guó)內(nèi)涂料產(chǎn)量走勢(shì)圖

　　3)作為碳質(zhì)吸附劑

　　目前常用的碳質(zhì)材料吸附劑，如活性炭、碳分子篩、碳納米管、富勒烯等，以其高比表面積、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)高效的特性，被廣泛地應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域。

　　相比于以上碳質(zhì)吸附劑，石墨烯的薄層結(jié)構(gòu)使其具有巨大的比表面積，對(duì)固體、氣體、離子都有著很高的吸附容量。雖然現(xiàn)在石墨烯型吸附劑尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，還沒(méi)有成熟產(chǎn)品，但仍然是未來(lái)最有希望統(tǒng)一碳質(zhì)吸附劑所有吸附范圍的材料，應(yīng)用前景廣闊。

石墨烯吸附范圍

　　• 氧化石墨烯處理重金屬污染。當(dāng)石墨烯被氧化后吸附性能被改變，對(duì)水中重金屬離子、有毒非金屬離子都有很好的吸附效果，在飲用水處理，電鍍工業(yè)、印染工業(yè)、皮革加工等污水處理方面大有可為。

　　• 石墨烯快速處理放射性污染物。氧化石墨烯薄片能快速地吸附天然和人造的放射性核素，并凝結(jié)成固體;適用于陸地、水下放射性污染的吸收。這對(duì)處理核事故導(dǎo)致的污染廢料有重要意義。

　　• 新型海水淡化器。石墨烯通過(guò)改性后可快速地濾掉海水中的鹽，完成海水淡化。目前海水脫鹽常用反滲透技術(shù)，但滲透薄膜上的小孔極為致密(比多孔石墨烯密1000 倍)，需要高壓迫使海水通過(guò)薄膜;而石墨烯薄能以更節(jié)能以及更快速方式進(jìn)行海水淡化。

　　• 石墨烯海綿處理原油污染。石墨烯能夠有效地吸附辛烷、泵油、柴油、煤油等多種油類;且石墨烯海綿能夠漂浮在水面上，非常適合海上原油污染等實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合。

　　• 石墨烯處理大氣污染物。石墨烯對(duì)如CO、NO 等有毒氣體有很好的吸附作用。

石墨烯海綿對(duì)油類的吸附能力

　　4)作為綠色、高效催化劑

　　石墨烯可用作綠色、高效催化劑。石墨烯和氧化石墨烯都能作為催化劑使用;石墨烯具有更高的穩(wěn)定性和油溶性，能催化有機(jī)物反應(yīng);有實(shí)驗(yàn)證明，石墨烯催化的苯胺生成反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率從0.4%升至97%。石墨烯催化劑性質(zhì)穩(wěn)定易與反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生分離，可以替代貴金屬催化劑實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的綠色化;氧化石墨烯能表現(xiàn)出低溫下的高催化活性，能作為貴金屬鉑的替代物，其具備價(jià)格低廉和使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，能克服鉑催化劑中毒的缺點(diǎn)。

石墨烯催化劑的優(yōu)缺點(diǎn)