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劉榮華:石墨烯產業正處在突破前的關鍵期

會后,記者專訪了石墨邦創始人劉榮華,他透露,根據他們近期對石墨烯產業鏈的大量調研發現,石墨烯正處在產業化突破期的關鍵階段,“這與外界普遍認為的存在很大的差距”“。

中國科技網訊 (記者 左常睿)被譽為““新材料之王”的石墨烯2004年被發現后,全球對石墨烯的研發迅速升溫,2010年諾貝爾物理學獎的頒布更是將石墨烯產業推向高潮。但是,近年來石墨烯規模化應用卻頻繁遇冷,有觀點悲觀地認為,石墨烯實現產業化為時過早。

事實果真如此嗎?

6月16日,由中國首家石墨烯交易平臺――石墨邦和中信證券在京共同主辦的中加石墨烯產業及應用研討會上,中外嘉賓學者分別就石墨烯市場現狀及趨勢、產業政策及發展問題進行了深入的交流與探討。

會后,記者專訪了石墨邦創始人劉榮華,他透露,根據他們近期對石墨烯產業鏈的大量調研發現,石墨烯正處在產業化突破期的關鍵階段,“這與外界普遍認為的存在很大的差距”“。

劉榮華:石墨烯產業正處在突破前的關鍵期

中加石墨烯產業及應用研討會現場中外專家互相交流。

劉榮華:石墨烯產業正處在突破前的關鍵期

國內首家石墨烯交易平臺――石墨邦創始人劉榮華在作《中國石墨烯市場發展現狀及趨勢》的報告。

劉榮華:石墨烯產業正處在突破前的關鍵期

會后,中加專家兩國親切交流。

“粉”“膜”登場,應用場景眾多

“石墨烯目前主要以石墨烯粉體及石墨烯薄膜兩種形式存在。”劉榮華介紹說,石墨烯粉體是通過天然石墨制備出來,其制備方法主要有機械剝離法和氧化還原法,應用于新材料領域和能源領域。新材料領域包括防腐涂料、散熱材料、電學材料和功能增強材料等;能源領域包括超級電容器和鋰離子電池。

石墨烯薄膜是通過甲烷制備出來,其制備方法主要有化學氣相沉積法和外延生長法,應用于電子領域、環境領域和醫藥領域等。電子領域包括觸控屏、電子元器件、傳感器材料和燃料電池材料等;環境領域包括金屬污染土壤修復、重金屬污染治理、海水淡化和霧霾預警等;醫藥領域包括靶向藥物輸送和催化載體等。

在復合材料中有三大應用

石墨邦對國內的石墨烯企業進行調研后了解到,目前石墨烯在復合材料中的比較明確的幾個應用包括防腐涂料、改性塑料以及石墨烯EPS。

劉榮華向記者介紹,在常用的防腐涂料中添加石墨烯可以使涂料具備陰極保護效應,使得其防腐性能優于現有的重防腐涂料,且具備更強的韌性、附著力與耐水性,十分適合應用于海洋工程、交通運輸、大型工業設備、市政設備等投入大且對防腐性能要求高的領域。

“我國常規防腐涂料產量增長速度為 15%-20%,而重防腐涂料產量增長速度保持在 15%左右。”他說, 2015 年我國常規防腐涂料、重防腐涂料產量分別達到 300 萬噸和 150萬噸左右,防腐涂料總產量達到 450 萬噸左右。據此估計, 到 2017 年防腐涂料總產量或可達 600 萬噸以上,“按 1%的防腐涂料中添加 5%的石墨烯,也有數千噸的需求量,石墨烯作為一種優良的添加劑,可以全面的提升涂料性能,未來在高端防腐涂料、導電涂料、防火涂料等領域可大放異彩”“。

此外,石墨烯本身具備良好的力學性能、導電性與導熱性。當添加至塑料材料中時,也能很好的改善材料的各類特性。石墨烯具備優異的力學性能,添加到塑料中時能夠改善材料的拉伸強度、斷裂伸長率、硬度等。

據研究表明,當 PVC/石墨烯復合材料中石墨烯占比達到 2%時,復合材料的拉伸強度提升了 130%,對于材料的力學特性有很好的改善。石墨烯改性塑料應用廣泛,市場空間大。

“以 PVC 材料為例,我國每年 PVC 塑料產量約為 1800 萬噸,按 1%的 PVC 材料添加 5%的石墨烯來測算,單 PVC 塑料領域對石墨烯的需求就有接近萬噸級別。除塑料材料之外,其他高分子材料如橡膠等對石墨烯需求量也十分巨大“。

劉榮華說,在傳統的可發性聚苯乙烯(EPS)中接枝一定質量的石墨烯,作為阻燃劑和反紅外線物質,經由懸浮聚合的方法制備的可膨脹PS顆粒。在可發性聚苯乙烯(EPS)中導入石墨烯,是使其再次提升優良的保溫性能基礎上,并具有更加良好的阻燃性能及力學性能。

石墨烯EPS與普通聚苯板相比,具備兩大優點:低導熱系數與低密度。石墨烯EPS的導熱系數國家標準為0.033w/m.k,普通EPS板的導熱系數國家標準為0.039w/m.k。石墨烯EPS比普通聚苯板導熱率大幅降低了20%,意味著保溫層的經濟厚度可以降低20%;石墨烯EPS的密度也顯著低于普通聚苯板,在同樣的保溫效果下,意味著原材料的使用量可以大幅降低,更加符合節能環保的標準。

在鋰離子電池市場上潛在容量巨大

“石墨烯在鋰離子電池中的應用比較多元化,目前已經實現商業化的是用在正極材料中作為導電劑,來改善電極材料的導電性能,提高倍率性和循環壽命“。劉榮華認為,在鋰電池導電添加劑應用方面, 鋰離子電池目前常用的導電添加劑為炭黑與碳納米管。

與炭黑與碳納米管相比,石墨烯具備高電子遷移率、超高電荷載流子遷移率,是作為導電添加劑的理想材料,可顯著降低電池內阻,提高倍率性能與循環壽命。““石墨烯已經作為一種新的添加劑被廣泛研究與驗證,但目前更多是與炭黑、碳納米管混合一起,而不是實現完全的替代。”

隨著新能源汽車產量的迅猛增長,市場對于導電添加劑的需求也將呈飛速提升態勢。劉榮華預計到 2018 年,石墨烯導電劑用量將達 500 噸,其在鋰電池導電劑材料中占比也將逐步提高。以目前導電漿料中約 5wt%含量的石墨烯來估算, 2018 年對應的石墨烯導電漿料需求量在 10000 噸以上。

在柔性顯示領域石墨烯薄膜大展身手

目前,在國內已有多家企業實現從柔性屏到多點觸控柔性屏的突破。 以石墨稀材料技術制作的柔性觸摸屏可讓不規則或弧形的移動設備實現先進的多點觸控功能,韓國三星和蘭石科技均宣布制成了石墨烯可折疊顯示器、常州二維碳素(833608.OC)實現了大規模石墨烯透明導電薄膜生產線的投產。

“石墨烯適用于制作高靈敏度應力傳感器。”劉榮華提出石墨烯不但具有納米尺寸,而且還具備準連續特點,這種準連續的納米石墨烯薄膜可轉移到柔性襯底上,制作柔性、透明的高靈敏度應力傳感器,進而應用于人造電子皮膚等領域。并且由于石墨烯傳感器穩定性強、體積小, 制成的石墨烯電子皮膚厚度小,可被黏在手指上檢測關節活動;諾基亞和中科院物理所等均已宣布在石墨烯電子皮膚中取得進展; 應力測量范圍超過 30%,靈敏因子提高到 500 以上。

有望入選十三五新材料重大專項

目前,市場對于石墨烯產業政策的預期越來越強烈,石墨烯有望入選十三五新材料重大專項。

劉榮華認為石墨烯產業化進入了突破前的黎明期,經過調研,他們掌握了國內部分石墨烯企業2015年已經突破了千萬收入,“今年有望突破億元收入。在復合材料、鋰離子電池正極材料以及電子觸摸屏領域最有希望率先實現產業化”。

2015年國務院發布《中國制造2025》,明確了石墨烯在戰略前沿材料中的關鍵地位,強調其戰略布局和研制,為提升中國制造水平積蓄力量。

到2025年,石墨烯在這四個領域電動汽車鋰電池用石墨烯基電極材料、海洋工程等用石墨烯防腐蝕涂料、柔性電子用石墨烯薄膜和光電領域用石墨烯基高性能熱界面都要實現規模化應用。

石墨烯產業化的關鍵是發揮石墨烯的材料特性,尋找高性價比應用。 關于石墨烯產業化,未來石墨烯產業的發展主要取決于下游應用技術和市場開拓進展;而石墨烯應用的關鍵在于怎么把石墨烯和現有材料體系融合,更大限度地發揮石墨烯的優異性能,取得較高的性價比。

根據石墨烯的不同特性、技術難度和應用性價比,劉榮華總結了以下發展路徑:近期復合材料+觸控產品。 “目前石墨烯粉體和薄膜產品已經具備了量產可能性,相對應的如導電導熱添加劑、防腐散熱材料、復合材料,以及觸摸屏應用領域有望最早實現突破”。

中期能源領域+傳感器。 石墨烯高導電性、高比容量和比表面積的特性已經被嘗試用于改善超級電容的能量密度和充放電速度。“另外由于其光線敏感度是普通傳感器的1000 倍,傳感器應用也有望作為中期目標實現”。

“長期來看,石墨烯想象空間最大的領域是對硅的替代,成為下一代超高頻率晶體管的基礎材料,應用于用于高性能集成電路和新型納米電子器件中。”劉榮華充滿期待的說。

本文來自中國科技網,本文觀點不代表石墨烯網立場,轉載請聯系原作者。

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