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电子信息及高新技术
长春市年产50吨石墨烯及石墨烯导热膜项目
日期:2016/03/31 09:53:00     来源:吉林省投资促进网


1. 项目简介

1.1 项目背景

1.1.1 产品简介

石墨烯(Graphene),由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体,其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环,晶体薄膜的厚度仅为0.335nm,是目前最理想的二维纳米材料。

石墨烯具有大的比表面积,优异的电学性能,极好的结晶性,出色的化学稳定性和热力学稳定性。石墨烯的理论比表面积高达2600m2/g,可比拟甚至超越碳纳米管的比表面积;稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性,石墨烯中电子是没有质量的,而且是以恒定的速率移动,它是一种零带隙半导体材料,具有远比硅高的载流子迁移率,并且从理论上说,它的电子迁移率和空穴迁移率两者相等,因此其n型场效应和p型场效应是对称的,电子迁移率可达15000cm2/(V·s),其甚至还表现出了异常的整数量子霍尔行为;其具有突出的导热性能(3000w/(m·K))和力学性能(1060GPa)也尤为突出。

石墨烯被广泛应用于众多的研究领域,如微电子学(电子器件、微芯片等)、光电显示(电脑、手机显示屏等)、能源技术(电池材料、电容器等)、化学传感(化学传感、生物传感等)、航空航天(耐高温、耐摩擦、力学)、军事工程(防腐、耐磨、润滑等)等。

1.1.2 市场前景

(1)国内石墨烯研究领域现状

我国在这一领域起步较早,并同时在研发和应用两个方面给予极大的重视。在科研领域,我国每年都会有关于石墨烯的高档次的研究工作发表,无论在可控生长,大单晶制备,低成本制备方法,光电应用,触摸屏,防弹、电磁屏蔽等领域的应用研究都处于国际领先地位。特别是今年中国在石墨烯单晶和薄膜材料制备方面取得了两个振奋人心的成果,一个是中科院上海微系统与信息技术研究所谢晓明团队实现了1.5英寸石墨烯单晶的制备,这让我们向石墨烯芯片时代又迈进了一大步,在单晶制备这一领域我国已经超过了英国和美国;另一方面是宁波材料所实现了千米级石墨烯薄膜的制备,在石墨烯薄膜领域一直是韩国技术领先并最早实现了大尺寸的制备(2010年,21英寸),但是这项技术一直无法再触摸屏和柔性显示领域得到广泛的应用主要是因其高成本,相对于ITO缺少竞争力(100元/m2),而这一技术的实现可将价格控制在50元/m2,极有可能在今明两年内走向市场,冲破日本和韩国在高品质ITO领域的技术垄断,提前进入柔性触摸屏时代。

(2)国内石墨烯应用领域现状

石墨烯的生成和应用领域,中国企业也一直走在世界前列,早在2010年就有企业(深圳贝特瑞)公布说实现工业化生产,同时从2013年末中国的石墨烯产业园也相继在某些省市建立,成都,苏州,常州,天津,北京;不仅如此青岛国际石墨烯创新中心、常州石墨烯科技产业园、宁波石墨烯应用示范基地、深圳石墨烯应用技术研究院、无锡石墨烯产业发展示范区共同组建了国家石墨烯创新示范基地。

石墨烯技术和应用的发展一直受到国家的支持和关注,尤其今年的投入进一步加大,石墨烯被列入十三五新材料规划,年末工信部、发改委、科技部三部委同时印发关于石墨烯产业创新发展的若干意见(【2015】435号)。《意见》要求,推进石墨烯产业发展关键技术创新。一要突破石墨烯材料规模化制备共性关键技术。二要加强知识产权体系建设。鼓励企业与高校、科研院所、知识产权机构等,协同开展石墨烯产业关键技术知识产权运用保护体系建设,提升专利的数量和质量,定期发布石墨烯产业专利态势,建立石墨烯知识产权运营平台,完善知识产权交易和保护机制,促进知识产权高效利用。三要搭建产业发展服务平台。依托现有资源,完善石墨烯产业发展所需公共研发、技术转化、检验检测与信息交流等平台,建立开放的石墨烯材料与器件性能参数数据库。引导石墨烯材料生产企业联合下游用户、相关科研院所,围绕石墨烯产品生产和性能评价,建立合作开发机制。

(3)石墨烯行业预测

对于整个石墨烯的市场而言,从2012年到2018年将呈现一个明显的上升趋势。2014年中国国内的石墨烯达到2240万美元,随着石墨烯的产业化应用步伐的迈进,预计到2018年全球市场规模有望达到6500万美元。

1.1.3 技术分析

(1)石墨烯制备技术

    长春应化所电分析国家重点实验室2010年在国内最先实现了批量化高品质的制备。此种膨胀插层制备石墨烯的方法有以下几个优点:

    ①与最常见的氧化石墨烯还原的方法相比较,本方法制备的石墨烯纯度高(不含其他修饰于石墨烯表面的还原剂),含氧量极低,晶格缺陷少,表面积大,剥离效果好(主要分布在3-6层),导电性高,石墨所特有的电学和机械性能都没有影响。

②产量高,耗时短。同机械剥离的办法相比,不需要反复的球磨、长时间超声、水洗处理,更不需要差数分离的办法。本方法是通过化学反应的办法来剥离石墨,这反应的过程非常的快,1-5g石墨仅需要几分钟就可以剥离开,然后捞取,再经过水洗处理,就可以很快地分离。

③能耗低。不需要反复的长时间的球磨或超声,耗费大量的电力。也不同于热剥离的办法,需要在1000摄氏度下惰性气体和还原气体剥离,消耗大量的能源。

④成本低。所用到的一切原料都是工业产品,价格都很低,很适合工业生产。

⑤操作简单。仅仅需要化学反应剥离和捞取水洗两个过程。制备条件不像CVD办法那么苛刻、复杂。