石墨烯, 一個熟悉又陌生的名詞, 正在越來越多地被業內所提及. '黑金' 石墨烯被稱為 '新材料之王' , 是目前發現的最薄, 強度最大, 導電導熱性能最強的一種新型納米材料, 高強度, 高彈性, 高導電率/熱導率的石墨烯, 能夠為醫療設備, 電池材料, 石油產品, 紡織纖維, 防腐塗料, 農業肥料, 感測器等產業, 帶來革命性的影響.
12月3日, 北京中元龍港礦業科技有限公司與北京化工大學課題組共同研發的, 液相直接剝離法規模化製備石墨烯技術和產品在北京發布, 中盈科創(北京)管理諮詢有限公司作為全國科技成果轉化交易服務平台, 將負責這項新技術的轉化和推廣.
首創液相剪切高速剝離法技術
石墨很多烯難得, 中元龍港與北京化工大學課毋偉教授題組共同研發的液相直接剝離法規模化製備石墨烯新技術, 創造性地構建了水相剝離石墨製備石墨烯體系, 能夠獲得高質量的石墨烯產品.
據該技術發明人, 北京化工大學毋偉教授介紹, 相比傳統常規的液相剝離法, 水相中剝離選擇石墨烯衍生物作為添加劑, 不加表面活性劑, 保證產品的純潔和綠色環保;第二, 選擇以剪切力為主的剝離設備, 避免石墨烯結構產生大的破壞;第三, 在常溫常壓下操作安全並減少設備投資.
北京中元龍港礦業科技有限公司副總經理孟凡強同時表示, 其開發的高效, 低成本, 高品質石墨烯規模化生產技術, 經檢測, 我們生產的石墨烯產品質量優質, 平均層數7層以下, 片的尺寸大於3微米, 兩層以下佔20%.
據悉, 目前中元龍港已經建成年產1噸的中試生產線, 從2017年6月開始在內蒙古興和縣建設年產500噸石墨烯生產基地. 北京中元龍港礦業科技有限公司董事長龍珍稱, 液相直接剝離法規模化製備石墨烯技術和產品, 已經在近期經科技部查新機構認定, 取得了具有創新性和先進性的階段性成果, 我們堅信這一突破, 將對整個電池產業乃至新能源產業, 將產生深刻的影響.
石墨烯或帶動萬億級的下遊應用產業
由於石墨烯的性能非常優越, 因此它的應用前景也非常的廣闊, 主要包括兩個方面, 一是對傳統材料的改性, 比如說對一些香料, 塗料, 塑料產品的改性. 另一方面是助力新興產業培育開發高科技產品. 如柔性的可彎曲屏的手機, 感測器, 儲能材料.
據公開的統計數字來看, 目前全球石墨烯的產能達到了百噸級的狀況, 未來的五到十年可能會達到千噸級. 從全球的市場規模來看, 到2020年的時候差不多全球的石墨烯市場規模可能超過15000億, 我國大概能佔到一半以上, 預計為8800億元.
中國電子資訊產業發展研究院原材料工業研究所研究員馬琳認為, '如果石墨烯產業一旦形成了產業化之後可能會形成萬億級的下遊應用產業. '
不過目前石墨烯產業仍處於概念導入期, 產業突破化的前期. 此前Gartner曾發布過一個新興產業技術成熟度曲線, 從曲線裡看, 我國的石墨烯產業已經經曆了五個階段, 技術萌芽期, 期望的頂峰, 還有後面的三個時期(泡沫穀底期, 爬坡期, 穩定應用期).
現在大家對石墨烯的期望值非常高, 處在期望的頂峰期, 但產品大部分卻仍位於研究階段, 沒有真正出現實現商業化應用的產品. 馬琳表示, 2021年到2035年左右將會是石墨烯產業比較成熟的階段.
當前國內市場上石墨烯的下遊領域主要還是集中在防腐塗料, 鋰電池的導電劑, 電熱膜等產品上. 石墨烯作為添加劑, 提升了現有產品的性能, 未來石墨烯將廣泛經用於柔性電子產品, 智能穿戴, 功能塗料等領域.
智能手機, 新能源汽車等產業的創新火種
目前, 智能手機行業正在遭遇創新瓶頸, 各大手機品牌創新乏力, 只能在近乎全面屏, 雙攝四攝等技術之間打轉, 進行小打小鬧的微創新, 當前的技術, 材料正在限制手機行業的創新步伐. 比如大膽嘗試纖薄外觀和超強續航兼得的三星, 卻收穫了Note 7的結局.
目前現狀是, 想要更長續航就得裝更厚更大的電池, 這與用戶對手機纖薄機身的需求就背道而馳. 想要更清晰, 更優秀的拍照效果, 就需要凸起的攝像頭, 犧牲手機外觀的美觀度, 讓追求極致美感的消費者心生不滿......這些, 都需要新材料的應用, 才有望帶來顛覆性的創新.
在智能手機行業, 石墨烯可以在電池, 屏幕, 數據機甚至相機感測器等方面帶來影響, 利用石墨烯很好的導電性, 高強度, 高電容量等做成的是石墨烯導電劑, 可以達到容量1000毫安小時, 比現在的石墨高3倍.
在柔性屏技術方面, 石墨烯一層兩層三層疊加越多顏色越深, 5層以上石墨烯就不透明了, 做觸摸屏一直能1層, 2層, 層數越多最後就變成跟石墨一樣的黑色, 而石墨烯高柔韌度的特性則能夠讓觸摸屏輕鬆捲起.
此外, 石墨烯還可以用在感測器上, 幫助物聯網的搭建, 如氣體感測器, 力學感測器, 生物感測器等等.
事實上不少手機廠商正在努力拓展這方面的應用, 比如三星, LG等不斷申報石墨烯專利, 三星, 華為也在積極研發石墨烯電池.
此前韓國研究人員曾首次製造出出由多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片基底組成的柔性透明顯示屏. 韓國三星公司和成均館大學的研究人員在一個63cm寬的柔性透明玻璃纖維聚酯板上, 製造出了一塊電視大小的純石墨烯. 他們表示, 這是迄今為止 '塊頭' 最大的石墨烯塊. 隨後, 他們用該石墨烯塊製造出了一塊柔性觸摸屏. 研究人員表示, 從理論上來講, 人們可以捲起智能手機, 然後像鉛筆一樣將其別在耳後.
新加坡南洋理工大學學者, 研發出了一個以石墨烯作為感光元件材質的新型感光元件, 可望透過特殊結構, 讓感光能力比現有CMOS或CCD提高上千倍, 而且損耗的能源也僅需原本10%.
而就在前幾日, 三星宣布開發出使用石墨烯的核心電池技術, 已經成功合成了 '石墨烯球' , 並稱它可以將電池容量提高45%, 並將充電速度提高為現有標準的五倍, 僅需12分鐘. 使用石墨烯的核心電池技術還能夠使得手機電池的使用壽命更長.
智能手機領域另一個崛起的巨頭華為, 也在石墨烯技術應用方面取得新的進展. 去年底, 華為中央研究院瓦特實驗室在第57屆日本電池大會上宣布在鋰離子電池領域實現重大研究突破.
實驗結果顯示, 以石墨烯為基礎的新型耐高溫技術可以將鋰離子電池上限使用溫度提高10℃, 使用壽命是普通鋰離子電池的2倍.
石墨烯技術對電池, 屏幕的改造不僅將影響手機領域, 同樣能夠對目前正火的可穿戴設備, 新能源汽車等產業帶來革命性影響. 純度更高, 品質更好且成本更低, 生產更高效的液相直接剝離法規模化製備石墨烯技術, 無疑將推動相關下遊產業對石墨烯產品的積極應用, 進而給行業帶來更具顛覆性的改變, 給消費者帶來更美好的體驗.
