石墨烯將從這五大領(lǐng)域改變未來

【亞洲密封網(wǎng)訊】石墨烯自2004年被英國曼徹斯特大學(xué)兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)后，很快因其強(qiáng)度高、韌性好、重量輕等眾多驚人的優(yōu)良性能而被世人關(guān)注。2010年，兩位科學(xué)家因該發(fā)現(xiàn)而被授予諾貝爾物理學(xué)獎。近十年來，有關(guān)石墨烯的研究炙手可熱，石墨烯也因其在能源、生物技術(shù)、航天航空等領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用前景而被認(rèn)為是“具有革命性意義的材料”、“二十一世紀(jì)的材料之王”。有專家預(yù)計，未來5至10年，全球石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過1000億美元。

根據(jù)相關(guān)研究報告，石墨烯(Graphene)是一種由C原子經(jīng)sp2電子軌道雜化后形成的蜂巢狀的準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)，是C元素的另外一種同素異形體。與其他新材料相比，石墨烯具有眾多優(yōu)良的特點，如載流子遷移率高、電流密度大、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱率高、超薄超輕超硬，同時具有高性能傳感器、可強(qiáng)化電子輸送、催化劑、吸氫、雙極半導(dǎo)體、無散熱傳輸?shù)裙δ?。由于石墨烯的性能?yōu)良、功能眾多而被廣泛應(yīng)用到鋰電子電池、超級電容、導(dǎo)電油墨、觸摸屏、軟性電子、散熱、涂料、傳感器等領(lǐng)域，此外，在高頻電子、環(huán)保、光電、聚合物、海水淡化、太陽能電池、燃料電池、催化劑、建筑材料等領(lǐng)域，也能發(fā)現(xiàn)石墨烯的身影。有專家預(yù)計，未來幾年內(nèi)，石墨烯將主要用于“導(dǎo)電油墨”、“防腐涂料”、“散熱材料”、“鋰電池”、“超級電容”等五大領(lǐng)域。

石墨烯將從這五大領(lǐng)域改變未來

領(lǐng)域一：導(dǎo)電油墨

導(dǎo)電油墨是用導(dǎo)電材料制成的油墨，具有一定程度導(dǎo)電質(zhì)，可作為印刷導(dǎo)電點或?qū)щ娋€路之用。近年來在手機(jī)、玩具、薄膜開關(guān)、太陽能電池、遠(yuǎn)紅外發(fā)熱膜以及射頻識別技術(shù)等行業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。過去數(shù)十年，導(dǎo)電油墨最大的下游是太陽能電池以及顯示器件。未來包括觸摸傳感器及其電極、RFID以及電子紙張的應(yīng)用也將同時保持增長。

石墨烯導(dǎo)電油墨具有強(qiáng)大優(yōu)勢，發(fā)展前景看好。導(dǎo)電油墨屬于填充型復(fù)合材料，是印刷與燒結(jié)處理后具有導(dǎo)電性能的油墨。石墨烯應(yīng)用在油墨的優(yōu)勢主要有兩點：一是兼容性強(qiáng)，石墨烯油墨可在塑料薄膜、紙張及金屬箔片等多種基材上實現(xiàn)印刷;二是性價比高，與現(xiàn)有的納米金屬導(dǎo)電油墨相比，石墨烯油墨具有較大的成本優(yōu)勢。

由于石墨烯的良好性能，其制成的油墨具有電阻小、導(dǎo)電性強(qiáng)以及光學(xué)透明性高等特點，在各類導(dǎo)電線路以及傳感器、無線射頻識別系統(tǒng)、智能包裝、醫(yī)學(xué)監(jiān)視器等電子產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用。2015年導(dǎo)電油墨的產(chǎn)量也已達(dá)到80萬噸。預(yù)計到2015年導(dǎo)電油墨產(chǎn)量將達(dá)到130萬噸，隨著石墨烯的生產(chǎn)技術(shù)成熟、成本降低，石墨烯導(dǎo)電油墨將逐漸占據(jù)市場份額。預(yù)計到2020年導(dǎo)電油墨領(lǐng)域石墨烯應(yīng)用市場規(guī)模達(dá)到2億元。

領(lǐng)域二：防腐涂料

目前國內(nèi)防腐涂料消費量近180萬噸，占世界防腐涂料總消費量的40%以上。我國防腐涂料需求主要集中在船舶、石油化工、橋梁、集裝箱等領(lǐng)域。涂料中添加石墨烯后，石墨烯能夠形成穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)格，有效提高鋅粉的利用率，從實際效果來看，添加約5%的石墨烯粉，可減少50%鋅粉的使用量。同時，石墨烯涂層能在金屬表而與活性介質(zhì)之間形成物理阻隔層，對基底材料起到良好的防護(hù)作用。

近年石油化工、鐵路交通、新能源、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等更是蓬勃發(fā)展，為防腐涂料提供了廣闊的市場空間。我國石墨烯新型防腐涂料，已于2015年3月20日在江蘇道森新材料有限公司成功研發(fā)，并已應(yīng)用于海上風(fēng)電塔筒的防腐，近來已有很多企業(yè)均開發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品并在各類防腐領(lǐng)域應(yīng)用。未來石油化工、鐵路交通、新能源、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等更是蓬勃發(fā)展，為防腐涂料提供了廣闊的市場空間。預(yù)計到2020年防腐涂料領(lǐng)域石墨烯應(yīng)用市場規(guī)模達(dá)到5~8億元。

領(lǐng)域三：散熱材料

電子和光子器件的散熱是影響電子技術(shù)發(fā)展的主要問題，手機(jī)、電腦、微型電路等設(shè)備的散熱主要通過各類散熱片來解決。目前，市場中的電子產(chǎn)品的散熱片主要是石墨散熱片。但是，石墨烯導(dǎo)熱片的導(dǎo)熱快、可折疊等性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于石墨片，極佳的散熱材料如熱導(dǎo)纖維、熱導(dǎo)塑料等，并且技術(shù)難度小、工藝相對成熟，存在快速進(jìn)入市場的機(jī)會。尤其在智能手機(jī)領(lǐng)域，手機(jī)要求輕薄、便攜，未來要求可折疊，因此石墨烯導(dǎo)熱膜具有極大優(yōu)勢。預(yù)估未來采用石墨烯散熱膜進(jìn)行散熱的散熱組件占總電子產(chǎn)品及LED產(chǎn)品市場的10%，即可為石墨烯散熱膜帶來15-20億左右的市場空間。

領(lǐng)域四：鋰電池

石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用比較多元化，目前已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的是用在正極材料中作為導(dǎo)電添加劑，來改善電極材料的導(dǎo)電性能，提高倍率性能和循環(huán)壽命。目前比較成熟的應(yīng)用是將石墨烯制成導(dǎo)電漿料用于包覆磷酸鐵鏗等正級材料。正極用包覆漿料目前主要包括石墨漿料、碳納米管漿料等，隨著石墨烯粉體、石墨烯微片粉體量產(chǎn)、成本持續(xù)降低的情況下，石墨烯漿料將呈現(xiàn)更好的包覆性能。石墨烯漿料將隨鋰電池增長而穩(wěn)步上升。鋰離子電池主要應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、攝像機(jī)等便攜式電子器件等方面，并積極地向電動力汽車等新能源汽車領(lǐng)域擴(kuò)展，具有長期發(fā)展前景。

由于石墨烯對于電池性能有諸多提升作用，對動力電池性能要求的不斷提升必將拉動石墨烯在電池領(lǐng)域的發(fā)展。同時石墨烯電池行業(yè)規(guī)模有望充分受益于動力電池的放量，分享新能源汽車行業(yè)的增長。

領(lǐng)域五：超級電容

石墨烯的電導(dǎo)率高、比表而積大、且化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，表而更有效的釋放，有利于電子的滲透和運輸，更加適合作為超級電容器電極材料。目前，我國已經(jīng)實現(xiàn)石墨烯超級電容器的投產(chǎn)，技術(shù)上已經(jīng)完全可以實現(xiàn)石墨烯超級電容器的生產(chǎn)。

根據(jù)美國IDTechEx公司報告，全球超級電容器市場將從2013年的8億美元增長到2018年的31.3億美元，年復(fù)合增長率達(dá)到30.2%。而石墨烯基超級電容器的產(chǎn)業(yè)化也在不斷推進(jìn)：在國內(nèi)，中國中車研發(fā)的3伏/12000法拉石墨烯/活性碳復(fù)合電極超級電容和2.8伏/30000法拉石墨烯納米混合型超級電容已經(jīng)獲得中國工程院鑒定，整體技術(shù)達(dá)到目前世界超級電容單體的最高水平。根據(jù)測算，2016年中國超級電容器市場規(guī)模將突破30億元，預(yù)計2020年中國超級電容器市場規(guī)模將超過60億元。石墨烯在超級電容市場潛在應(yīng)用規(guī)模達(dá)到3~5億元。