如何破冰启动石墨烯高技术壁垒黑金产业化
如何破冰启动石墨烯高技术壁垒黑金产业化
石墨烯因其优越性受到资本的高度追捧。它的准备和应用存在技术和成本瓶颈。它的高估和预期需要理性回归。
石墨烯的概念最早提出于20世纪40年代末，1987年首次被定义为石墨中碳原子的平面结构。随着石墨烯研究和发展的不断发展，特别是在2010年将石墨烯诺贝尔奖授予科斯特亚·诺沃塞洛夫和安德烈盖姆之后，石墨烯的概念和内涵被扩展后，根据石墨烯联盟（T /CGIA 001-2017）1的标准，石墨烯是指每一个碳原子与SP2杂化并与三个相邻的碳原子键合而成的具有蜂窝状结构的单层碳原子，即石墨烯是一种二维碳纳米材料，由六角H组成。石墨烯是由紧密拓扑结构形成的单原子石墨。严格地说，由单层原子组成的二维六角形晶格是石墨烯的固有结构，也是许多碳材料的组成单元，其晶格结构非常紧凑，可以阻挡最小氦分子的通过，此外，双层和少数分子的结构和性质拉斐特片与大块石墨有很大的区别，因此它们都属于石墨烯的大类，随着连接碳原子数量的增加，碳原子平面在二维空间内膨胀，在法向上变厚，从而导致石墨烯材料的两种不同的宏观形貌。石墨烯材料，即石墨烯微芯片和石墨烯薄膜，不同分类方法下石墨烯的分类层次如图1所示。
1本标准由英国国家物理实验室（NPL）制定，旨在为新兴的全球石墨烯工业提供一致的标准，并加速以石墨烯为代表的二维材料的商业发展。
石墨烯具有优异的机械、热学、光学、电学和微观量子性质（见表1）。石墨烯是一种具有最高强度、最佳韧性、最轻、最薄、最佳透明度、最大比表面积、最高热导率、最佳阻隔性和最佳导电性的新型前沿材料，其独特的结构决定了其作为颠覆性材料的优越性。与传统材料相比，具有不可比拟的应用价值。未来，石墨烯有望在能源、电子、信息、环境处理和生物医学等领域获得辉煌的发展。可以极大地促进相关产业的迭代升级，具有巨大的市场前景。
一般来说，石墨烯的价值主要体现在两个方面：一是对传统材料的改进和应用提供强有力的支持；二是石墨烯可以衍生出一系列性能优良、功能多样的组分，这将导致F的革命性变化。因此，石墨烯有望改变现有的竞争格局，成为引领新一代工业技术革命和高新技术竞争市场的战略技术。
资料来源：石墨烯魔幻材料的介绍及应用前景，国海证券研究所、方向志昌研究所整理分析。
科学研究和工业界对石墨烯技术的突破性研发和颠覆性应用都抱有很高的期望，并参与了石墨烯的科学研究和应用开发。美国、中国、英国、日本、韩国、德国等国在世界将着眼于石墨烯技术的开发和应用作为一项长期战略，通过政策激励、资金支持等方式部署石墨烯相关的研发项目和商业应用，力争抢占石墨烯产业的高端价值链，从专利应用的角度出发，将石墨烯技术作为一项长期战略。2010年以来，石墨烯专利申请量逐年增加，2017年已跃升至13000多件（见图2），中国专利申请占全球石墨烯生产专利的45%，其次是美国和日本，表明中国对全球石墨烯形成了更大的影响。研究：根据文章发表的分析，石墨烯的研究文献呈指数增长。2017年，研究文献总量约3万篇（如图2所示），表明石墨烯在研发上具有持续的热，其基础研究和技术创新仍处于快速发展阶段。
石墨烯的制备是石墨烯应用的先决条件，因此石墨烯的制备技术是石墨烯工业化过程中的核心技术，目前石墨烯工业正处于技术向商业演进的关键时期。成熟度高、成本低、结构和性能可控的大规模制备技术是石墨烯材料应用的先决条件，也是目前研究的热点，国际上已发表的石墨烯制备方法如图3所示，根据不同的宏观形貌G石墨烯粉末和石墨烯薄膜，其制备方法可分为10层以下的石墨烯微片，而石墨烯薄膜的碳原子层通常在1-4层之间。
根据制备石墨烯的不同方法，其制备方法可分为自上而下和自下而上（见图4），自上而下途径（石墨途径）是指用物理方法破坏石墨层间范德华力制备单层石墨烯的方法，而自下而上途径（碳aTOM路径）是指通过加热、微波、电子轰击等手段破坏碳碳-碳化学键，实现碳化合物分解，然后在基体上生长石墨烯的方法。
石墨烯的制备方法多种多样，并不断发展完善。我们力争批量生产出具有可控层、大尺寸、高质量、低成本的高品质石墨烯，主要制备方法对应的石墨烯质量及其应用潜力如图5和图6所示，从图中可以看出，气相沉积法和氧化还原法被认为是最主要的方法。大型石墨烯薄膜和粉末潜在的大规模和低成本制备方法。表2对上述主要方法的优缺点、产品特点和工业应用潜力进行了比较分析。很容易知道，这些方法各有优缺点，制造成本也各不相同。
石墨烯并不是一个新事物，只有在石墨烯出现之前，凝聚态物理理论才认为热力学涨落导致二维晶体在有限的温度下不存在，理论界和实验界都证明，理想的二维结构不允许稳定存在。非绝对零度。石墨烯的成功制备颠覆了这一观点。事实上，石墨烯并不是一个完美的二维平面结构，但存在着纳米级的微波动，这就是为什么石墨烯能够保持自身的稳定性。石墨烯技术发展路线图如图7所示。
由于石墨烯的各种特性，其应用前景十分广阔，主要集中在新材料、新能源、电子信息、生物医学、节能环保等领域，可以预见，随着石墨烯制备和应用技术的不断发展和成熟，石墨烯的爆炸效应将越来越明显。石墨烯的应用场景将给我们的生产和生活带来更广泛和深入的影响。一般来说，石墨烯的工业化有两种方式：第一，石墨烯可以作为功能性添加剂的辅助材料，可以改变或提高基体的性能。此外，石墨烯还可以用作应用实践的主要材料。石墨烯的应用如图8所示。
石墨烯以其优异的性能成为近年来人们关注的焦点。特别是，国家在135个产品目录中明确将石墨烯列为高端材料，中国制造2025年确定了石墨烯材料技术的发展路线，并先后计划在中国建立一批石墨烯产业创新基地，也表明国家不遗余力。支持石墨烯产业发展，政策引导和产业升级对促进石墨烯产业创新发展具有双重作用。同时，它也引发了石墨烯项目的热潮，导致石墨烯市场的过度增长，如果能够实现石墨烯的大规模生产和使用，石墨烯固有的优势基因确实可以被视为材料的无冕之王，但对石墨烯抱有很高的期望，却能带来新的对短期内经济转型的预期
Gartner技术成熟度曲线反映了人们对从实验室开发到应用落地的新技术的期望，从石墨烯的Gartner技术成熟度曲线来看，目前石墨烯行业处于媒体、风险投资等关注的高峰期，而不是发展高峰期，这表明石墨烯的发展是一种新技术。NE技术还不成熟（见图9）。
根据方祥志义研究所对石墨烯技术应用成熟度曲线的解释，石墨烯技术在不同应用领域的成熟度是不同的，但一般来说，石墨烯行业处于基础技术研究、应用技术开发和技术发展的关键阶段。工业化，受工业化技术、装备和技术瓶颈的制约。石墨烯技术与生产的距离受到工业化技术、设备和技术瓶颈的限制，成熟应用和大规模生产还有很长的路要走，因此，对石墨烯价值的高估和相关项目的发展趋势应进行合理的检讨。
然而，技术的不成熟并没有阻碍市场的想象，2017年，我国石墨烯相关业务上市公司达到4871家，新三板上市的石墨烯相关业务上市公司只有5家，其中不属于石墨烯主营业务的上市公司53家，包括G 4新第三板，46 A股和3香港股。基本覆盖石墨烯产业链的各个环节，其中石墨烯应用企业数量最多的是38家，占66%，主营业务集中在新能源和电子信息领域，因此，面对石墨烯产业混眼的局面，成为成功投资的关键。主要是从砂中采金，挖掘具有实际投资价值的石墨烯企业。
通过对石墨烯技术发展水平和产业化现状的分析，石墨烯未来可以突破以下两个具有代表性的应用领域：
与传统电池相比，石墨烯锂电池的能量密度是传统电池的三倍，石墨烯锂电池的输出能量也更高，石墨烯作为电池的负极可以显著提高充电速度，这是因为石墨烯和石墨烯为基础。纳米结构可以有效地解决能量密度限制的问题，特别是石墨烯的高比表面积可以增加锂离子的吸收，加速界面动力学，从而提高锂电池的储能能力和速率性能，同时具有优异的散热性能。石墨烯的离子性能可以防止短路故障，提高电池的使用寿命，这得益于石墨烯的低电阻率。
虽然石墨烯锂电池的应用存在诸多限制，但目前，石墨烯锂电池导电添加剂技术相对成熟，具有市场空间大、现有产品更换简单、成本低的优点。这有望成为石墨烯锂电池应用的第一个突破点。
利用石墨烯等材料的优异性能，可以产生协同效应，不仅可以提高原材料的性能，而且可以获得满足不同需要的性能优异的新型复合材料，石墨烯复合材料主要包括石墨烯/聚合物、石墨烯/无机二元复合材料。正电子和其他复合材料。主要用于传感器、涂料、导电丝、催化剂和电极材料等领域，石墨烯复合材料的优良性能有：石墨烯具有优异的导电性、导热性、韧性、透光性和致密性。可对塑料和橡胶基体进行综合改性，提高半导体材料的导电性、强度和韧性。同时，石墨烯结构紧凑、稳定，可作为防腐基材与活性介质之间的阻隔层，达到良好的性能和保护功能。
我国石墨烯复合材料的工业应用受到技术和市场因素的限制：就技术而言，颗粒石墨烯表面光滑，颗粒石墨烯与其它材料之间的界面结合力不大，分散性不均匀；就市场而言，以下是石墨烯复合材料的工业应用。石墨烯热导致石墨烯产能过剩，下游需求疲软，定位不清，真正的石墨烯生产产品很少，但目前，石墨烯油墨技术和石墨烯增强塑料技术非常成熟，已进入工业化阶段，其中石墨烯热主要用于印刷。、印刷（3D打印）等领域，后者主要应用于汽车、船舶、航空航天、体育器材等领域，另外石墨烯导热膜和石墨烯防腐涂层技术相对成熟，处于工业化初期，前者主要应用于移动电话。ES、计算机、照明等，后者主要应用于船舶、电网、光伏设备等领域。
石墨烯因其独特的性质而备受期待。但是，石墨烯制备技术的基础和应用研究还需要加强和深化，需要不断突破工艺参数、质量性能、规模和生产成本等诸多问题，因此，尽管石墨烯产业化道路曲折，但前景光明。
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