石墨烯, 一个熟悉又陌生的名词, 正在越来越多地被业内所提及. '黑金' 石墨烯被称为 '新材料之王' , 是目前发现的最薄, 强度最大, 导电导热性能最强的一种新型纳米材料, 高强度, 高弹性, 高导电率/热导率的石墨烯, 能够为医疗设备, 电池材料, 石油产品, 纺织纤维, 防腐涂料, 农业肥料, 传感器等产业, 带来革命性的影响.
12月3日, 北京中元龙港矿业科技有限公司与北京化工大学课题组共同研发的, 液相直接剥离法规模化制备石墨烯技术和产品在北京发布, 中盈科创(北京)管理咨询有限公司作为全国科技成果转化交易服务平台, 将负责这项新技术的转化和推广.
首创液相剪切高速剥离法技术
石墨很多烯难得, 中元龙港与北京化工大学课毋伟教授题组共同研发的液相直接剥离法规模化制备石墨烯新技术, 创造性地构建了水相剥离石墨制备石墨烯体系, 能够获得高质量的石墨烯产品.
据该技术发明人, 北京化工大学毋伟教授介绍, 相比传统常规的液相剥离法, 水相中剥离选择石墨烯衍生物作为添加剂, 不加表面活性剂, 保证产品的纯洁和绿色环保;第二, 选择以剪切力为主的剥离设备, 避免石墨烯结构产生大的破坏;第三, 在常温常压下操作安全并减少设备投资.
北京中元龙港矿业科技有限公司副总经理孟凡强同时表示, 其开发的高效, 低成本, 高品质石墨烯规模化生产技术, 经检测, 我们生产的石墨烯产品质量优质, 平均层数7层以下, 片的尺寸大于3微米, 两层以下占20%.
据悉, 目前中元龙港已经建成年产1吨的中试生产线, 从2017年6月开始在内蒙古兴和县建设年产500吨石墨烯生产基地. 北京中元龙港矿业科技有限公司董事长龙珍称, 液相直接剥离法规模化制备石墨烯技术和产品, 已经在近期经科技部查新机构认定, 取得了具有创新性和先进性的阶段性成果, 我们坚信这一突破, 将对整个电池产业乃至新能源产业, 将产生深刻的影响.
石墨烯或带动万亿级的下游应用产业
由于石墨烯的性能非常优越, 因此它的应用前景也非常的广阔, 主要包括两个方面, 一是对传统材料的改性, 比如说对一些香料, 涂料, 塑料产品的改性. 另一方面是助力新兴产业培育开发高科技产品. 如柔性的可弯曲屏的手机, 传感器, 储能材料.
据公开的统计数字来看, 目前全球石墨烯的产能达到了百吨级的状况, 未来的五到十年可能会达到千吨级. 从全球的市场规模来看, 到2020年的时候差不多全球的石墨烯市场规模可能超过15000亿, 我国大概能占到一半以上, 预计为8800亿元.
中国电子信息产业发展研究院原材料工业研究所研究员马琳认为, '如果石墨烯产业一旦形成了产业化之后可能会形成万亿级的下游应用产业. '
不过目前石墨烯产业仍处于概念导入期, 产业突破化的前期. 此前Gartner曾发布过一个新兴产业技术成熟度曲线, 从曲线里看, 我国的石墨烯产业已经经历了五个阶段, 技术萌芽期, 期望的顶峰, 还有后面的三个时期(泡沫谷底期, 爬坡期, 稳定应用期).
现在大家对石墨烯的期望值非常高, 处在期望的顶峰期, 但产品大部分却仍位于研究阶段, 没有真正出现实现商业化应用的产品. 马琳表示, 2021年到2035年左右将会是石墨烯产业比较成熟的阶段.
当前国内市场上石墨烯的下游领域主要还是集中在防腐涂料, 锂电池的导电剂, 电热膜等产品上. 石墨烯作为添加剂, 提升了现有产品的性能, 未来石墨烯将广泛经用于柔性电子产品, 智能穿戴, 功能涂料等领域.
智能手机, 新能源汽车等产业的创新火种
目前, 智能手机行业正在遭遇创新瓶颈, 各大手机品牌创新乏力, 只能在近乎全面屏, 双摄四摄等技术之间打转, 进行小打小闹的微创新, 当前的技术, 材料正在限制手机行业的创新步伐. 比如大胆尝试纤薄外观和超强续航兼得的三星, 却收获了Note 7的结局.
目前现状是, 想要更长续航就得装更厚更大的电池, 这与用户对手机纤薄机身的需求就背道而驰. 想要更清晰, 更优秀的拍照效果, 就需要凸起的摄像头, 牺牲手机外观的美观度, 让追求极致美感的消费者心生不满......这些, 都需要新材料的应用, 才有望带来颠覆性的创新.
在智能手机行业, 石墨烯可以在电池, 屏幕, 调制解调器甚至相机传感器等方面带来影响, 利用石墨烯很好的导电性, 高强度, 高电容量等做成的是石墨烯导电剂, 可以达到容量1000毫安小时, 比现在的石墨高3倍.
在柔性屏技术方面, 石墨烯一层两层三层叠加越多颜色越深, 5层以上石墨烯就不透明了, 做触摸屏一直能1层, 2层, 层数越多最后就变成跟石墨一样的黑色, 而石墨烯高柔韧度的特性则能够让触摸屏轻松卷起.
此外, 石墨烯还可以用在传感器上, 帮助物联网的搭建, 如气体传感器, 力学传感器, 生物传感器等等.
事实上不少手机厂商正在努力拓展这方面的应用, 比如三星, LG等不断申报石墨烯专利, 三星, 华为也在积极研发石墨烯电池.
此前韩国研究人员曾首次制造出出由多层石墨烯和玻璃纤维聚酯片基底组成的柔性透明显示屏. 韩国三星公司和成均馆大学的研究人员在一个63cm宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上, 制造出了一块电视大小的纯石墨烯. 他们表示, 这是迄今为止 '块头' 最大的石墨烯块. 随后, 他们用该石墨烯块制造出了一块柔性触摸屏. 研究人员表示, 从理论上来讲, 人们可以卷起智能手机, 然后像铅笔一样将其别在耳后.
新加坡南洋理工大学学者, 研发出了一个以石墨烯作为感光元件材质的新型感光元件, 可望透过特殊结构, 让感光能力比现有CMOS或CCD提高上千倍, 而且损耗的能源也仅需原本10%.
而就在前几日, 三星宣布开发出使用石墨烯的核心电池技术, 已经成功合成了 '石墨烯球' , 并称它可以将电池容量提高45%, 并将充电速度提高为现有标准的五倍, 仅需12分钟. 使用石墨烯的核心电池技术还能够使得手机电池的使用寿命更长.
智能手机领域另一个崛起的巨头华为, 也在石墨烯技术应用方面取得新的进展. 去年底, 华为中央研究院瓦特实验室在第57届日本电池大会上宣布在锂离子电池领域实现重大研究突破.
实验结果显示, 以石墨烯为基础的新型耐高温技术可以将锂离子电池上限使用温度提高10℃, 使用寿命是普通锂离子电池的2倍.
石墨烯技术对电池, 屏幕的改造不仅将影响手机领域, 同样能够对目前正火的可穿戴设备, 新能源汽车等产业带来革命性影响. 纯度更高, 品质更好且成本更低, 生产更高效的液相直接剥离法规模化制备石墨烯技术, 无疑将推动相关下游产业对石墨烯产品的积极应用, 进而给行业带来更具颠覆性的改变, 给消费者带来更美好的体验.
