石墨烯新材料的前景（100大潜力新材料石墨烯）

馨梦絮语 2022-10-24 04:42:38

上榜理由

最薄且最坚硬的纳米材料，将开启超多领域的新“烯”望

石墨烯是目前世界上最薄且最坚硬的纳米材料，它几乎完全透明，只吸收2.3%的光，导热系数高达5300 W/m·K（高于碳纳米管），常温下电子迁移率超过15000cm2/V·s（高于碳纳米管和硅晶体），电阻率只有10-6 Ω·cm，为目前世界上电阻率最小的材料，未来将在超多领域引发颠覆性的技术产业革命。

材料简介

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格结构的二维碳纳米材料，它在2004年由英国曼彻斯特大学物理学家Andre Gein和Konstantin Novoselov通过机械剥离法从石墨中分离得到，他们也因此获得2010年的诺贝尔物理学奖。

石墨烯具有优越的物理与化学性质，号称世上最薄最坚硬的纳米材料，其厚度可薄至0.34nm，比表面积为2630m2/g，导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。其在强度、韧性等方面也表现优异，强度约为180Gpa，是普钢钢材的200倍。

应用领域

锂离子电池、超级电容器、导电油墨、触摸屏、柔性电子、散热材料、防腐涂料、生物传感器、太阳能电池、燃料电池…

发展历程

1918年，石墨氧化物质的性质被详细描述
1948年，投射电子显微镜拍摄出少层石墨烯图像
1966年，Mermin-Wagner理论提出二维晶体易被破坏，石墨烯只是作为研究碳质材料的理论模型
20世纪90年代，碳纳米管诞生，人们意识到单层石墨烯作为理想模型的意义
2003年，哈尔滨工业大学的甘阳教授开创性的采用STM针尖扫描石墨表面得到了单层石墨烯，并且研究了石墨烯的晶界和超结构
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家Andre Gein和Konstantin Novoselov用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯
2008年，韩国成均馆大学和美国休斯敦大学首次采用CVD法大面积制备石墨烯薄膜
2009年，李雪松、蔡伟伟博士等首次提出石墨烯在铜基底上生长和转移方法，单层率大于95%，成果发表于《Science》上
2010年，盖姆教授与诺沃肖洛夫教授获得诺贝尔物理学奖，石墨烯受到全球关注
2011年，我国首个石墨烯研究与产业孵化机构-江南石墨烯研究院成立
2013年，中国石墨烯产业技术创新战略联盟成立
2014年，鸿纳科技千吨级石墨烯生产线投产
2015年，工信部、发改委和科技部联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，这是我国在石墨烯领域的首个国家层面纲领性文件，提出将石墨烯产业打造成先导产业
2018年，石墨烯领域首个国家标准正式发布
2020年，科学家首次实验制备和表征到了具有磁性的碳基纳米石墨烯分子材料，这将带动一个新研究领域的兴起——碳基磁性材料

行业发展现状

按地区划分，北美在2019年占有石墨烯市场的最高份额，预计在短期内将保持其主导地位。此外，预计亚太地区将保持较快的增长，因为亚太地区的电子和汽车行业都在快速增长，这些产业都是石墨烯的主要终端用户之一。

全球石墨烯产业中较为突出的国家有美国、澳大利亚和中国。这三个国家也是《新华(常州)全球石墨烯指数报告(2019)》中石墨烯产业绩效评价的前三甲。其中，美国凭借其在企业表现、论文影响力和专利布局等方面的突出表现位居首位。澳大利亚拥有高水平的论文质量，学术影响力明显。中国石墨烯技术专利应用则最为广泛。

各国的在石墨烯上的研发侧重点有所不同。美国侧重于CMOS与半导体，欧洲侧重于RF射频器、电池与油墨，韩国则集中于显示器的应用。国内安炬科技目前的石墨烯产品有以浆料、喷漆、薄膜等，蓝石科技、久元电子投资的久宏鑫公司则是重点发展石墨烯CVD成长技术，而台苯公司的子公司亚洲碳素则计划进行石墨烯的量产，同时生产石墨纸与石墨负极材料，这两项产品有望使用在智能手机和电动车锂电池市场。

市场规模预测

据Allied Market Research公司的统计及预测数据显示，2019年全球石墨烯市场规模为9130万美元，预计到2027年将达到13.691亿美元，2020年到2027年的复合年增长率为40.2％。

主要研究单位/公司

国内：宁波墨西、第六元素、青岛昊鑫、德通纳米、烯碳科技、宝泰隆、重庆墨希、德方纳米、安炬科技、蓝石科技、久宏鑫、亚洲碳素、暖宇新材…

国外：ACS Material LLC、Bluestone Global Tech、Graphene Nanochem PLC、Graphenea SA、G6 Materials、Haydale Limited、Nanotek Instruments Inc.、Vorbrck Materials、XG Sciences…

以上排名不分先后，名称均为简称

应用案例

超级计算机：石墨烯晶体管极有可能应用于超能效超高速计算机，超高速是指目前速度的一千倍，超能效是指仅使用目前百分之一的能耗。

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