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石墨烯特性
由于石墨烯特殊的结构,其也表现出许多其它材料不具有的特异性能。
1、导电性极佳:石墨烯中载流子电子和空穴是连续的,迁移率可以到达1×105 cm2/Vs,电子的传输速度达到光速的1/300,大大超过了在一般金属导体和半导体中的传导速度,因而其拥有极好的导电性。
2、超高透光率:单层石墨烯在很宽的波长范围内的吸光度仅为2.3%,也就是单层石墨烯的透光率达到97.7%,远远高于透明导电薄膜国际通用标准85%的要求。
3、超高强度:石墨烯被发现是继碳纳米管之后具有最高弹性模量和强度的材料。其强度是世界上最好的钢强度的100倍,硬度比自然界中最硬的材料金刚石还高,同时又拥有极好的柔韧性,可以随意弯曲。
4、超高热导率:和石墨、金刚石和碳纳米管相似,石墨烯也拥有非常高的热导率,自由态的单层石墨烯在室温下热导率可以达到5000 W/mK,是目前已知的导热率最高的材料。
5、超大比表面积:由于石墨烯的厚度只有一个碳原子厚,因此单层石墨烯拥有超大的比表面积,可以达到2630 m2/g,远远大于普通活性炭的比表面积。在2015年石墨烯发现之前,石墨烯既是最薄的材料,也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料,如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床,本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。
1.上游行业运行对石墨烯行业的影响——石墨行业
石墨是重要的非金属矿产资源,根据结晶形态不同分为隐晶质(微晶)和晶质两种。其中微晶石墨为煤变质产物,是由直径小于1微米晶体构成的致密状集合体,亦称土状石墨或无定形石墨;晶质石墨为岩石变质产物,晶体较大,多为鳞片状。石墨材料及其复合材料作为21 世纪的新兴材料,广泛应用于冶金、化工、航天等领域。尤其是大规格高质量的石墨,作为替代性材料,在高科技、高技术领域有着宽广的应用空间。
石墨烯制备一般选取高质量的鳞片石墨、可膨胀石墨等,所以作为石墨烯产业的开端,石墨矿产的开采以及高纯石墨的深加工是非常重要的。
2、下游产业对其产业的影响
石墨烯产业最大的瓶颈在于还没有形成完整的产业链,目前仍没有一种可以应用石墨烯的产品能够规模化生产。对石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研机构的研究使用。
石墨烯的高强度、高导电性及传热性、超大的比表面积等特性能够在航天军工、锂离子电池、超级电容器等多领域有潜在应用,但由于其成本过高,一直都处于研究阶段。从目前的技术发展来看,最有可能实现工业化使用石墨烯的下游行业是复合材料领域和显示技术领域。将石墨烯添加到塑料、橡胶、涂料等基体中,可以大幅增强产品的性能,如强度、韧度、导电性及传热性等,在符合材料领域的应用也是目前石墨烯最大的产业化应用。
锂离子电池
大幅缩短充电时间,提升电池容量。目前,全球汽车制造商使用的动力电池主要使用锂电池,以特斯拉为代表的镍钴铝酸锂电池、以比亚迪为代表的磷酸铁锂电池和以日本汽车为代表的锰酸锂。
这三类电池以钴酸锂电池能量密度最高,但它在高温下也最不稳定;磷酸铁锂电池最稳定,但能量密度最低。锂离子电池技术已经沉寂了20年没有大的技术革新,其最大的障碍在于:锂离子电池功率密度有限,其大量能量无法快速接收或释放(即无法实现快充快放)。
石墨烯由于其超大的载流子迁移率,应用于锂离子电池上,可以大幅降低充电时间;而且由于其稳定性可以提高电池循环稳定性;另外由于超大比表面积还能提升电池容量。
表面防护材料
石墨烯结构稳定,耐腐蚀,耐氧化,强度大,并且容易在各种金属表面生长,可以广泛应用于金属材料表面保护。同时由于其导电性和高导热性,也可广泛应用于有机材料的保护及防静电领域。可以想象如果在汽车面板表面镀上一层石墨烯,再也不用担心爱车被划了!
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