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传感器定位中期突破
石墨烯适用于制作柔性、透明的高灵敏度纳米应力传感器,进而应用于人造电子皮肤等领域。
石墨烯可用于快速、低成本的高精度基因电子测序以及生物传感器。
石墨烯独特的二维结构使其可以与细菌细胞膜上的磷脂分子发生很强的色散相互作用,从而实现石墨烯对细胞膜上磷脂分子的大规模直接抽取。
半导体定位远期目标
石墨烯电子迁移速度极快(室温下可达20万cm^2/Vs,是硅的100倍),可以制作速度达THz级别的晶体管,因此可用来替代硅,作为新一代超级计算机的芯片材料。
石墨烯做的晶体管具有更高的效率,更快的运行速度并且能耗更低,运行速度可达太赫兹。
能否替代硅的关键——能带隙问题需要解决
石墨烯本身是零能隙的,直接做场效应管室温开关比不超过10,远不能满足实际器件的需要。打开石墨烯的能隙同时维持高的载流子迁移率成为石墨烯研究领域最为重要的问题之一。
目前仅少数顶尖公司具备该项研发生产能力,其中技术领先的企业是韩国三星和美国IBM。
5.能源领域
锂电池初步产业化
复合导电剂率先产业化
青岛昊鑫在导电剂行业处于国内领先地位,主要产品为石墨烯导电剂和碳纳米管导电剂,系锂电池导电增强剂。2016年、2017年,青岛昊鑫的营业收入分别为6236.80万元和1.13亿元,净利润分别为1612万元和2398万元。
快充锂电池初步产业化
对锂电池材料进行石墨烯包覆和金属离子掺杂可以提高材料的导电率,易于电子在集流体和正极材料的颗粒之间迁移,从而降低电池内部电阻,提高输出功率。
石墨烯优异的机械性能和化学性能使得其复合电极材料具备结构稳定性,能够有效提高电极材料循环稳定性;石墨烯的二维结构能有效控制晶粒增长,使得到的颗粒尺寸控制在纳米级,改善锂离子传输通道。
东旭光电采用石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料,率先实现了石墨烯快充锂电池产业化。
高容量锂电池是伪命题
石墨烯是由单层碳原子紧密排列构成,锂离子不仅可以存储在石墨烯片层的两侧,还可以在石墨烯片层的边缘和孔穴中存储,其理论比容量为740~780mAh/g,为传统石墨材料的2倍多,但远低于硅4200mAh/g,目前主流方向是硅碳负极。
柔性电池是下一个方向
石墨烯的力学性能制作柔性基体使得锂电池具备弯折、拉伸、甚至扭曲、折叠等功能,通过加入可以承载活性物质的柔性基体,实现锂电池的可弯曲性。
相比于高分子柔性基体电极,石墨烯或碳纳米管薄膜基体具有较强的导电性,有利于提高柔性电池快速充电性能;石墨烯基柔性电池是未来柔性电池高能量密度、轻量化的主流发展方向。
超级电容器定位中期突破
超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板,在极板上加电,正极板吸引电解质中的负离子,负极板吸引正离子,形成两个容性存储层。
石墨烯电导率高、比表面积大、化学结构稳定,符合高能量密度和高功率密度的超级电容器对电极材料的要求,有希望成为理想的超级电容器极板材料。
燃料电池定位远期目标
利用石墨烯类膜材料输运特性有望解决燃料电池核心部件“质子传导膜”的燃料渗透难题。
掺氮石墨烯具备催化燃料电池反应的潜力,如果能够替代铂,就可以有效降低电池成本。
太阳能电池定位远期目标
太阳能电池电极需要同时兼具导电性和透光性,受光反应面需要较好的导电性和相对较大的比表面积。
石墨烯的颠覆意义在于其具有非常高的载流子迁移率,使得其在具有较高的透过率的同时也兼具相对较高的导电率,作为太阳能电池电极材料将大大改善电池性能。
6.复合材料领域
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