人类最强结晶石墨烯及其衍生物的几种工业化应用
人类最强结晶石墨烯及其衍生物的几种工业化应用
石墨烯被称为人类最坚固的晶体，因此，它不仅受到资本市场的强烈关注，而且受到政府、企业和研究机构的青睐，成为世界上最受关注的新材料。下面简要分析了石墨烯及其衍生物的几个领域具有很好的工业应用前景。
超硬超强：石墨烯是目前已知的强度最高的材料，130gpa，比金刚石硬，硬度比世界上最好的钢高100倍以上；
超强导热性：强石墨烯具有优异的导热性。纯无缺陷单层石墨烯的导热系数高达5300W/m.k，是金刚石的3倍，是铜的10倍。
超透明：石墨烯具有很好的光学性能，在较宽的波长范围内吸收率为2.3%，即透光率为97.7%，几乎透明；
超吸附能力：石墨烯比表面积大，理论比表面积为2630平方米/克，具有优异的吸附性能。
如果将直径为人类头发直径千分之一（约0.34纳米）的石墨烯折叠成一层和保鲜膜一样厚的薄膜（几毫米），则需要大象站在铅笔上产生的压力来刺穿它。
市场上的石墨烯和石墨烯衍生物可分为三种形式：石墨烯粉末、石墨烯薄膜和石墨烯溶液，其中石墨烯粉末和石墨烯薄膜属于单层或多层石墨烯微芯片，石墨烯溶液主要是石墨烯衍生物，如氧化石墨烯和氟化石墨烯。多为银灰色柳絮状物，膜无色透明，溶液因产品类型或引入官能团不同而颜色不同。
目前，石墨烯及其衍生物的工业应用还没有取得实质性突破，但石墨烯研究的最终目标是实现石墨烯在下游产品中的市场应用，展示其独特的物理化学性质，从目前的研究成果来看，目前已有以下几个领域工业化的发展前景。
随着柔性屏幕、全屏幕和屏幕下指纹识别技术的兴起，石墨烯屏幕以其高透光率、低电阻率、耐撞性和灵活性而备受关注，但目前由于产品的优良率和成本问题，人们认为，当石墨烯柔性化的生产过程中屏幕是突破性的，它将广泛应用于电子设备和智能家居等领域。
注：目前，稀有昂贵的ITO广泛应用于有机LED（OLED）显示器的透明电极。石墨烯可以提供更便宜、更薄、更快的替代品，从而避免了ITO的短缺，为柔性显示器的发展铺平了道路。
近日，一项发明专利宣布，美祖手机开发出了一种新型的全屏幕手机，其屏幕组件为石墨烯屏幕，功能装置将位于手机屏幕下方，大大提高了手机屏幕的比例，与刘海平告别，目前柔性石墨烯屏幕还远没有产业化。但它的市场价值应该是可以预期的。
石墨烯具有优良的电子导电性，其导电性可达106s／m，表面电阻仅为30μ／m2，优于银、铜等最著名的导电体，碳基材料可用于锂电池和导电油墨行业，而不可用于导电碳黑和碳纳米管。石墨烯工业应用最现实的方向。
锂电池：石墨烯在锂电池中的主要作用是提高锂电池的能量密度，在一定程度上降低电池的内阻，传统的锂离子电池导电剂如碳黑、碳纤维等与活性物质点对点接触，而活性物质是锂离子电池中的主要导电剂。TS的导电效果和增加了导电剂的添加量。石墨烯是一种片状结构，与活性物质的接触是点对面接触，可以最大限度地发挥导电剂的作用，减少导电剂的用量，提高锂离子电池的能量密度。
导电油墨：目前，银粉和铜粉是导电油墨的最佳填料。由于金、银等贵金属导电油墨价格昂贵，其应用范围有限，相比之下，碳基导电油墨具有成本低、性能稳定、无需太多后处理步骤、与喷墨打印方法兼容等优点，具有广泛的应用前景。展望。
以石墨和碳粉为基础的导电油墨虽然价格低廉，但也存在着导电率低、易固化收缩、墨层开裂等固有缺陷，石墨烯比表面积大，电子导电性好，在10～100K范围内不表现出温度依赖性，因此，我国目前对石墨和碳粉的研究还处于起步阶段。T在应用上取得了一些突破，引起了人们的广泛关注。
总之，石墨烯作为高端导电添加剂是目前最重要、最现实的应用方向，值得注意的是，石墨烯作为导电剂不仅可用于锂电池、导电油墨行业，还可用于塑料、橡胶等行业。
石墨烯具有很高的导热系数和热辐射系数。单层石墨烯的导热系数可达5300W／m.k，不仅优于碳纳米管、石墨导热膜等碳材料，而且高于铝、银等金属材料。因此，石墨烯可作为散热领域的导热剂，鉴于石墨烯具有良好的导热性、轻质性和柔韧性，石墨烯最可行的应用是作为电子产品、LED灯等的散热材料，替代金属导热材料，如发光合金
石墨烯不仅可以直接制备成石墨烯薄膜作为导热材料，还可以作为石墨薄膜、塑料、橡胶、手机锂电池的导热添加剂，目前导热材料的价格较低，因此石墨烯作为导热剂的主要问题是其导热性能差。更高的成本直接限制了石墨烯在导热材料中的应用。
腐蚀是影响新兴海洋工程、海岛工程等领域设备设施安全使用寿命的重要因素之一。特别是在热带海洋开发和基础设施建设方面，面临着严重的腐蚀危机，影响着我国重大工程和设备的可持续发展，仅2014年，我国腐蚀总成本就超过2.1万亿元，约占当年国内生产总值的3.34%。
经过多年的技术研究，宁波材料技术工程研究院王丽萍、薛群杰院士团队成功突破了石墨烯改性防腐涂料开发应用的四大技术瓶颈，研制出了石墨烯防腐涂料，目前已取得了较好的效果。通过了中国防腐学会的鉴定。盐雾关键技术指标寿命6000小时以上，处于国际领先水平。宁波中科银益新材料有限公司目前已实现相关成果的产业化，已定型的8种产品已在电力设施、船舶、石化设备等领域大规模应用。
氟化石墨烯作为石墨烯的衍生物，不仅保持了石墨烯的高强度，而且由于氟原子的引入，使其具有表面能降低、疏水性增强和带隙展宽等新颖的界面和物理化学性质，同时，氟石墨烯还具有高温性能。耐腐蚀性和化学性能稳定，与被称为二维特氟龙的聚四氟乙烯具有相似的性能，氟化石墨的化学惰性强，层间距比石墨大。在恶劣的环境下，具有良好的润滑性能。
注：目前市场上的固体润滑剂主要是二硫化钼和石墨，但这两种固体润滑剂在还原条件和真空条件下的润滑效果将显著降低。
石墨烯及其衍生物作为高端添加剂的应用是目前研究最多、最现实的工业化形式。它也是今后石墨烯产品的主要用途。石墨烯产品的质量要求相对较低。主要问题是生产成本和下游应用，此外，随着智能器件的不断发展和进步，石墨烯在柔性显示屏制备中的应用也是一个很有前途的工业化方向。
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