有色金屬-石墨稀

石墨烯Graphene石墨烯簡介二、石墨烯的制備方法三、石墨烯的應(yīng)用前景四、石墨烯的供求五、我國石墨現(xiàn)狀目錄…………..2…………..2六、石墨烯的未來替代性七、石墨烯的上市公司……………5八、石墨烯的未來、|RJyI石墨烯是一種由碳原子緊密堆積構(gòu)成的二維晶體，是包括富勒烯、碳納米管、石墨在內(nèi)的碳的同素異形體的基本組成單元，就是石墨的單層薄片。石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅(jiān)硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。石墨幾乎是礦物質(zhì)中最軟的，但如果“切”成一個(gè)碳原子厚的薄片，“性格”就會發(fā)生巨變：重量很輕，強(qiáng)度、韌性、透光性及導(dǎo)電性卻是世界各種材料中的“冠軍”。石墨烯，是人類已知強(qiáng)度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導(dǎo)電性最佳的材料。2010年10月5日，英國曼徹斯特大學(xué)教授安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫因在石墨烯(graphene)研究方面的杰出成就而榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯的發(fā)現(xiàn)2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈K海姆(AndreK.Geim)等制備出了石墨烯。海姆和他的同事偶然中發(fā)現(xiàn)了一種簡單易行的新途徑。他們強(qiáng)行將石墨分離成較小的碎片，從碎片中剝離出較薄的石墨薄片，然后用普通的塑料膠帶粘住薄片的兩側(cè)，撕開膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復(fù)這一過程，就可以得到越來越薄的石墨薄片，而其中部分樣品僅由一層碳原子構(gòu)成一他們制得了石墨烯。據(jù)Geim說，還有一個(gè)哥倫比亞教授也在同時(shí)研究石墨烯，他們是用“高科技”一點(diǎn)的方法一用AFM顯微鏡的原子鋼針?biāo)σ幌率砻?-3個(gè)原子厚的地方，希望能帶下一些石墨烯，可惜計(jì)劃失敗，膠帶法贏了AFM法。石墨烯的結(jié)構(gòu)石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮。它不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅(jiān)硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。石墨烯在原子尺度上結(jié)構(gòu)非常特殊，必須用相對論量子物理學(xué)才能描繪。石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。石墨烯的硬度用原子尺寸的金屬和鉆石探針對只有100分之一頭發(fā)絲寬度的石墨烯薄片進(jìn)行穿刺后發(fā)現(xiàn)：石墨烯比鉆石還強(qiáng)硬，1克石墨烯可鋪滿一個(gè)足球場，韌性也令人驚訝，斷裂強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還高100倍！美國機(jī)械工程師杰弗雷?基薩教授用一種形象的方法解釋了石墨烯的強(qiáng)度：如果將一張和食品保鮮膜一樣薄的石墨烯薄片覆蓋在一只杯子上，然后試圖用一支鉛筆戳穿它，那么需要一頭大象站在鉛筆上，才能戳穿只有保鮮膜厚度的石墨烯薄層。石墨烯的合成方法主要有兩種：機(jī)械方法和化學(xué)方法。機(jī)械方法包括微機(jī)械分離法、取向附生法和加熱SiC的方法；化學(xué)方法是化學(xué)還原法與化學(xué)解理法。石墨烯的原材料是石墨。石墨是我國一種非常重要的非金屬礦產(chǎn)資源,全世界資源儲量約15億噸，據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局最新統(tǒng)計(jì)，中國、印度及巴西三個(gè)國生產(chǎn)的石墨所占世界總產(chǎn)量的90%。其中我國儲量約10億噸,主要分黑龍江等省，黑龍江、山東、內(nèi)蒙古與山西和河北交界處集中了全國晶質(zhì)石墨保有儲量的85%以上。我國是世界上的石墨生產(chǎn)國和出口國。我國的石墨在國際上對世界石墨市場有著重要的影響,石墨出口到40多個(gè)國家和地區(qū)。出品量約占國際貿(mào)易的50%左右。但整個(gè)石墨研究水平卻很低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于日、美、西歐等國。由于中國缺少市場和應(yīng)用研究,許多外商都紛紛來我國搶購石墨。因此，必須生產(chǎn)附加值高的石墨制品,就生產(chǎn)企業(yè)來講,尤其對已取得成功的科技成果及專利,盡快實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn),提高研究水平，縮小與國際先進(jìn)產(chǎn)品的差距,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)整體升級,使石墨行業(yè)真正健康地發(fā)展起來。三、石墨烯的應(yīng)用前景石墨烯不僅“最薄、最強(qiáng)”，作為電導(dǎo)體，它和銅有著一樣出色的導(dǎo)電性；作為熱導(dǎo)體，它比目前任何其他材料的導(dǎo)熱效果都好。利用石墨烯，科學(xué)家能夠研發(fā)一系列具有特殊性質(zhì)的新材料。比如，石墨烯晶體管的傳輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前的硅晶體管，因此有希望應(yīng)用于全新超級計(jì)算機(jī)的研發(fā)；石墨烯還可以用于制造觸摸屏、發(fā)光板，甚至太陽能電池。如果和其他材料混合，石墨烯還可用于制造更耐熱、更結(jié)實(shí)的電導(dǎo)體，從而使新材料更薄、更輕、更富有彈性，因此其應(yīng)用前景十分廣闊。石墨烯具有高導(dǎo)電性、高韌度、高強(qiáng)度、超大比表面積等特點(diǎn)，在電子、航天軍工、新能源、新材料等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。石墨烯的具體用途：大幅提高蓄電池的輸出功率密度石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯的電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。這使得石墨烯導(dǎo)電十分的理想。通過向鋰離子充電電池的電極中添加少量石墨烯，不僅可保持原來的能量密度，還可大幅提高輸出功率密度。有望在幾分鐘內(nèi)完成此前需要數(shù)小時(shí)的手機(jī)充電。估計(jì)還能用于電動(dòng)汽車充電。而且石墨烯還有望使太陽能電池的性能獲得飛躍性提高。例如銅和硅遠(yuǎn)沒有石墨烯表現(xiàn)得好。最堅(jiān)硬的物質(zhì)石墨烯是人類已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)，比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍，替代一些堅(jiān)硬的物體。這種物質(zhì)不僅可以用來開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料、制造出超堅(jiān)韌的防彈衣，甚至能讓科學(xué)家夢寐以求的2.3萬英里長太空電梯成為現(xiàn)實(shí)。超高效太陽能電池最近有些研究機(jī)構(gòu)正在積極進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換層材料的開發(fā)，一些紅外線高效轉(zhuǎn)換技術(shù)也相繼面世。這樣一來，假如可以利用對紅外線透明度也較高的透明導(dǎo)電膜，那么就可期待實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。代替硅生產(chǎn)超級計(jì)算機(jī)石墨烯還是目前已知導(dǎo)電性能最出色的材料。石墨烯的這種特性尤其適合于高頻電路。這使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。研究人員甚至將石墨烯看作是硅的替代品，能用來生產(chǎn)未來的超級計(jì)算機(jī)。觸摸面板石墨烯還可以以光子傳感器的面貌出現(xiàn)在更大的市場上，這種傳感器是用于檢測光纖中攜帶的信息的，現(xiàn)在，這個(gè)角色還在由硅擔(dān)當(dāng)，但硅的時(shí)代似乎就要結(jié)束。接下來人們要期待的就是基于石墨烯的太陽能電池和液晶顯示屏了，韓國三星公司的研究人員已經(jīng)制造出由多層石墨烯等材料組成的透明可彎曲顯示屏。用于觸摸面板、柔性液晶面板、太陽能電池及有機(jī)EL照明等。其它應(yīng)用石墨烯還可以應(yīng)用于晶體管、基因測序等領(lǐng)域，同時(shí)有望幫助物理學(xué)家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域取得新突破。中國科研人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的細(xì)胞在石墨烯上無法生長,而人類細(xì)胞卻不會受損。利用這一點(diǎn)石墨烯可以用來做繃帶，食品包裝甚至抗菌T恤；用石墨烯做的光電化學(xué)電池可以取代基于金屬的有機(jī)發(fā)光二極管,因石墨烯還可以取代燈具的傳統(tǒng)金屬石墨電極,使之更易于回收。四、石墨烯的供求國際上的研究熱點(diǎn)是石墨烯的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、制備方法以及納米材料的研究等；我國的研究主要集中在納米材料、材料應(yīng)用研究等領(lǐng)域。國際上石墨烯的專利主要在石墨烯的制備、能源領(lǐng)域應(yīng)用、顯示技術(shù)方面、石墨烯納米材料及石墨烯復(fù)合材料等領(lǐng)域，我國的專利更多集中在石墨烯的制備和石墨烯復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。但是石墨烯規(guī)?；?yīng)和需求均沒有形成，因此還需要時(shí)間來形成產(chǎn)業(yè)化。盡管有著巨大的市場空間，但石墨烯規(guī)模化供應(yīng)和需求均沒有形成，還需要時(shí)間來形成產(chǎn)業(yè)化。1、從供應(yīng)上看，行業(yè)仍在量產(chǎn)摸索階段，目前主要的制備方法還不夠成熟，國內(nèi)還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)石墨批量化生產(chǎn)的企業(yè)或研究機(jī)構(gòu)，多數(shù)企業(yè)只能小量生產(chǎn)石墨烯，并且由于制備成本相對較高，致使價(jià)格高昂。2、從需求上看，石墨烯沒有形成下游的應(yīng)用和需求，目前最大的應(yīng)用還是為各大科研院校的實(shí)驗(yàn)使用，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用尚需很長的時(shí)間。石墨烯的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性及傳熱性等特性能夠在航天軍工、鋰離子電池、超級電容器等多領(lǐng)域未來極大的潛在應(yīng)用，但由于其成本過高，一直都處于研究階段。從目前的技術(shù)發(fā)展來看，最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化使用石墨烯的下游行業(yè)是復(fù)合材料領(lǐng)域和顯示技術(shù)領(lǐng)域。將石墨烯添加到塑料、橡膠、涂料等基體中，可以大幅增強(qiáng)產(chǎn)品的性能，如強(qiáng)度、韌度、導(dǎo)電性及傳熱性等，在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用也是目前石墨烯最大的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用?？傊还茉趺?，未來石墨烯的需求量會十分的大，因此長期看好石墨烯。五、我國石墨現(xiàn)狀我國石墨產(chǎn)量第一,是石墨大國,但不是強(qiáng)國,同時(shí)也是石墨產(chǎn)品的進(jìn)口大國。產(chǎn)品缺少專業(yè)化,質(zhì)量落后?；具€處于低級原料基地、有少量的制造基地、基本沒有技術(shù)基地。石墨制品品種少,檔次低,附加值低圍繞著擴(kuò)大生產(chǎn)原料上下功夫,而很少在石墨烯上做研究。石墨的潛在價(jià)值未能充分發(fā)揮出來,資源優(yōu)勢未能轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,至使我國失去原材料的同時(shí),還得花費(fèi)大量的外匯進(jìn)口石墨深加工產(chǎn)品.六、石墨烯的未來替代性石墨烯在電子行業(yè)的應(yīng)用中研發(fā)的方向主要有四個(gè)領(lǐng)域。首先，石墨烯可替代晶硅應(yīng)用在芯片領(lǐng)域，將大大的提高芯片的速度。全球每年半導(dǎo)體晶硅的需求量在2500噸左右，石墨烯如果替代十分之一的晶硅制成高端集成電路，市場容量至少在5000億元以上。其次，石墨烯制成的鋰離子電池負(fù)極材料能夠大幅提高電池性能。全球每年負(fù)極材料的需求量在2.5萬噸以上，并保持20%以上增長。石墨烯作為負(fù)極材料應(yīng)用在十分之一的鋰離子電池中，其需求量也在250噸以上。再次，石墨烯制成的超級電容器，充電時(shí)間只需1毫秒。2010年全球超級電容市場規(guī)模在50億美元，并保持著20%的增長率，隨著未來超級電容器的放量，石墨烯的應(yīng)用空間巨大。最后，石墨烯可以替代ITO作為導(dǎo)電材料制成顯示器件。預(yù)計(jì)2011年全球ITO導(dǎo)電玻璃的需求量在8500萬-9500萬片，石墨烯的替代空間巨大。石墨烯，不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅(jiān)硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快，作為一種新型高科技材料，石墨烯具有超薄、強(qiáng)韌、穩(wěn)定、導(dǎo)電性好等諸多現(xiàn)有材料無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，不少人都認(rèn)為，石墨烯最終可能替代硅，引發(fā)一場全面的電子工業(yè)革命。七、石墨烯的上市公司：中國上市公司目前的石墨烯概念股主要有：中國寶安（000009）本集團(tuán)投資的雞西石墨產(chǎn)業(yè)園已于今年6月在黑龍江省雞西市正式動(dòng)工建設(shè)。該產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃占地15萬平方米，其中一期工程6萬平方米，以石墨深加工為主，設(shè)計(jì)規(guī)模為年處理石墨深加工產(chǎn)品3000噸，逐步實(shí)現(xiàn)“打造世界級石墨深加工基地”的戰(zhàn)略構(gòu)想。其子公司貝特瑞為我國最大新能源鋰電池炭負(fù)極生產(chǎn)商，石墨相關(guān)的技術(shù)方面具天然優(yōu)勢。寶安具備充裕的石墨資源優(yōu)勢，其擁有的雞西石墨礦探明超大儲量，為后續(xù)石墨負(fù)極材料、石墨烯的研制打開了空間。中鋼吉炭（000928）公司是全國最大的炭素制品生產(chǎn)企業(yè)，擁有十五萬噸以上的炭素制品生產(chǎn)能力，是中國炭素行業(yè)新產(chǎn)品研究開發(fā)中心、新技術(shù)應(yīng)用中心、產(chǎn)品檢測中心，也是行業(yè)內(nèi)的第一家上市公司。公司目前擁有年產(chǎn)15萬噸炭素產(chǎn)品的能力，特別是在炭纖維等新產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)上具有技術(shù)優(yōu)勢。公司的研發(fā)實(shí)力將使公司在石墨烯的研究中獲得先機(jī)。方大炭素是世界第三大的炭素制品生產(chǎn)供應(yīng)商，目前已經(jīng)具備了9000噸特種石墨的生產(chǎn)能力。作為國內(nèi)最大的炭素制品生產(chǎn)企業(yè)，在產(chǎn)品研發(fā)和規(guī)模量產(chǎn)上都具有優(yōu)勢，特別是在特種石墨產(chǎn)品的研發(fā)上具有技術(shù)優(yōu)勢。公司作為碳素行業(yè)的龍頭企業(yè)，技術(shù)實(shí)力雄厚，多年來在新型碳素材料研究方面積累的豐富的經(jīng)驗(yàn)。對于石墨烯產(chǎn)業(yè)，公司有能力進(jìn)入并從中取得不錯(cuò)的收益，未來高速發(fā)展可期。新華錦（600735）集團(tuán)將依托平度及青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的整體格局，在平度發(fā)揮大集團(tuán)優(yōu)勢，通過高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)、集約化投入，匯聚國內(nèi)外與石墨產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)的科技、人才、資本、市場、信息等要素，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，重點(diǎn)打造國家級石墨科技研發(fā)中心，全國性石墨科技及產(chǎn)品交易中心，新能源新材料創(chuàng)新型戰(zhàn)略平臺和產(chǎn)業(yè)基地，以及具有雄厚技術(shù)基礎(chǔ)的石墨原料開采生產(chǎn)及綜合治理產(chǎn)業(yè)基地。方大炭素（600516）公司主營炭素制品和鐵礦石，其中炭素制品包括石墨電極、炭磚、等靜壓石墨，公司是國內(nèi)最大的石墨電極生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)能近20萬噸，居亞洲第一，世界第三，石墨電極是最大的收入來源。公司的炭新材料品種齊全，盈利能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于冶金、軍工、航空、核電等領(lǐng)域，其中公司在炭磚已有多項(xiàng)專利，具有很強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。公司下屬子公司成都炭素具有4000噸等靜壓石墨產(chǎn)能，成為國內(nèi)產(chǎn)量最高，產(chǎn)品規(guī)格最大的龍頭企業(yè)。等靜壓石墨近期最重要的消費(fèi)領(lǐng)域就是太陽能硅晶生產(chǎn)，由于光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展帶動(dòng)硅晶產(chǎn)量快速擴(kuò)張，作為硅晶生產(chǎn)的石墨耗材受益于全球光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。公司管理層年輕有活力，引領(lǐng)公司轉(zhuǎn)型的意愿強(qiáng)烈，如果說公司2008年定向增發(fā)項(xiàng)目中4000噸特種石墨項(xiàng)目意味著向新型炭材料領(lǐng)域邁出了第一步，去年7月收購成都炭素是邁進(jìn)了一小步，而目前公司擬在成都設(shè)立方大科技產(chǎn)業(yè)園，則是向前邁進(jìn)了一大步，成長空間正逐步打開。博云新材（002297）公司的主營產(chǎn)品包括飛機(jī)剎車副、航天用炭、炭復(fù)合材料、環(huán)保型高性能汽車剎車材料和高性能模具材料，公司在以上四個(gè)子行業(yè)中均處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。公司前身為中南工業(yè)大學(xué)粉末冶金研究所，是由中國工程院院士、國家863計(jì)劃新材料領(lǐng)域首席科學(xué)家黃伯生教授創(chuàng)建、長江學(xué)者熊翔教授等國內(nèi)頂尖的粉末冶金復(fù)合材料專家組建的集產(chǎn)學(xué)研為一體的高科技企業(yè)。ST東碳（600691）公司是國內(nèi)最大的碳石墨材料及制品生產(chǎn)和科研基地，主營電碳冶金、人造金剛石碳片及高純石墨，在國內(nèi)市場特別是西部市場擁有很高的占有率。南風(fēng)化工（000737）公司與清華大學(xué)合作成立清華-南風(fēng)納米粉體產(chǎn)業(yè)化工程中心，共同開發(fā)了15KG/每小時(shí)碳納米管批量生產(chǎn)技術(shù),成為目前世界上最大的碳納米管生產(chǎn)基地。目前已形成日產(chǎn)360公斤、年產(chǎn)120噸、純度高達(dá)80%以上的多壁納米管生產(chǎn)能力。碳納米管作為一種新型材料被發(fā)現(xiàn)至今已有十年，國際市場90%高純度的碳納米管價(jià)格高達(dá)1000-2000美元/克，價(jià)格遠(yuǎn)高于黃金。天富熱電600509）上海合達(dá)炭素材料有限公司，目前以超級電容器活性炭和石油焦瀝青基球形活性炭為主導(dǎo)產(chǎn)品。由新疆天富熱電股份有限公司（600509）和華東理工大學(xué)合資組建，注冊資本3700萬元。公司以天富熱電的資金優(yōu)勢和管理優(yōu)勢為