石墨烯产业发展现状调研20670.docx

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1、 Acer 宏碁 AS4750G-2454G75Mnkk 石墨烯产业发展调研报告 石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元，就是石墨的单层薄片。它是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。美国麻省理工学院(MIT)的技术评论曾将石墨烯列为2008年10大新兴技术之一。在2009年12月18日出版的科学杂志中，“石墨烯研究取得新进展”被列为2009年10大科技进展之一。2010年10月5日，英国曼彻斯特大学教授安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫因在石墨烯（graphene）研究方面的杰出成就而荣获2010年

2、诺贝尔物理学奖。 1.1石墨墨烯结构构及性质质 石墨烯的的问世引引起了全全世界的的研究热热潮。作作为单质质，它在在室温下下传递电电子的速速度比已已知导体体都快。石石墨烯在在原子尺尺度上结结构非常常特殊，必必须用相相对论量量子物理理学(rrelaativvisttic quaantuum pphyssicss)才能能描绘。石石墨烯结结构非常常稳定，迄迄今为止止，研究究者仍未未发现石石墨烯中中有碳原原子缺失失的情况况。石墨墨烯中各各碳原子子之间的的连接非非常柔韧韧，当施施加外部部机械力力时，碳碳原子面面就弯曲曲变形，从从而使碳碳原子不不必重新新排列来来适应外外力，也也就保持持了结构构稳定。这这种稳

3、定定的晶格格结构使使碳原子子具有优优秀的导导电性。石石墨烯中中的电子子在轨道道中移动动时，不不会因晶晶格缺陷陷或引入入外来原原子而发发生散射射。由于于原子间间作用力力十分强强，在常常温下，即即使周围围碳原子子发生挤挤撞，石石墨烯中中电子受受到的干干扰也非非常小。石墨烯是目目前已知知的最薄薄的一种种材料，单单层的石石墨烯只只有一个个碳原子子的厚度度，这种种厚度的的石墨烯烯拥有了了许多石石墨所不不具备的的特性。 （1）导电电性极强强：石墨墨烯中的的电子没没有质量量，电子子的运动动速度超超过了在在其他金金属单体体或是半半导体中中的运动动速度，能能够达到到光速的的 1/3000，正因因如此，石石墨烯拥

4、拥有超强强的导电电性。 （2）超高高强度：石墨是是矿物质质中最软软的，其其莫氏硬硬度只有有 1-2级，但但被分离离成一个个碳原子子厚度的的石墨烯烯后，性性能则发发生突变变，其硬硬度将比比莫氏硬硬度100级的金金刚石还还高，却却又拥有有很好的的韧性，且且可以弯弯曲。 (3)超大大比表面面积：由由于石墨墨烯的厚厚度只有有一个碳碳原子厚厚，即 0.3335纳纳米，所所以石墨墨烯拥有有超大的的比表面面积，理理想的单单层石墨墨烯的比比表面积积能够达达到 26330 mm2/g，而而普通的的活性炭炭的比表表面积为为 15500 m2/g，超超大的比比表面积积使得石石墨烯成成为潜力力巨大的的储能材材料。1.

5、2石墨墨烯的应应用及市市场潜力力(1)代替替硅生产产电子产产品硅让我们迈迈入了数数字化时时代,但但研究人人员仍然然渴望找找到一些些新材料料,让集集成电路路更小、更更快、更更便宜。在在众多的的备选材材料中,石墨烯烯最引人人瞩目。石墨烯拥有比硅更高的载流子迁移率（即载流子在电场作用下运动速度快慢的量度），是一种性能非常优异的半导体材料，电子在石墨烯中的运行速度能够达到光速的 1/300，要比在其他介质中的运行速度高很多，而且只会产生很少的热量。使用石墨烯作为基质生产出的处理器能够达到 1THz（即1000GHz）。全球半导体体晶硅的的市场发发展稳定定，根据据 IEEK的预预测，石石墨烯可可替代晶晶

6、硅应用用在芯片片领域，石石墨烯如如果替代代十分之之一的晶晶硅制成成高端集集成电路路，市场场容量至至少在550000亿元以以上。(2)石墨墨烯锂离离子电池池开启储储能技术术新纪元元铅酸电池具具有技术术成熟、价价格较低低等优点点，但是是存在严严重铅污污染，将将被更先先进的产产品替代代。镍氢氢电池具具有可大大电流快快速充放放电、耐耐过充过过放、低低温性能能好等优优点，但但能量密密度较低低使其不不能用于于纯电动动车。锂锂离子电电池能量量密度大大，循环环寿命长长，是目目前在消消费电子子领域应应用最广广泛的电电池，但但是其功功率密度度还不够够大，电电池满充充时间需需要几个个小时，在在纯电动动车领域域的应用

7、用碰到了了充电难难题。超超级电容容器功率率密度高高而能量量密度低低，无法法满足续续航要求求，不能能单独用用于电动动车或其其他储能能设备。石石墨烯锂锂离子电电池解决决了“鱼和熊熊掌不可可兼得”的难题题，同时时满足了了能量密密度和功功率密度度要求，开开启了储储能技术术新纪元元。 石墨烯锂离离子电池池可以被被应用到到消费电电子、电电动工具具、电动动自行车车、电动动汽车和和储能等等领域。特特别是在在电动汽汽车和储储能领域域，石墨墨烯锂离离子电池池具有非非常强的的竞争力力。 石石墨烯锂锂离子电电池可在在几分钟钟内满充充，将加加快电动动汽车产产业化进进程。目目前的电电动汽车车，因为为充电时时间长达达几个小

8、小时，在在市场推推广过程程中遇到到了充电电站配套套建设成成本高和和普通消消费者对对其接受受度较低低的问题题。石墨墨烯锂离离石墨烯烯能够大大幅提升升锂离子子电池性性能，未未来将在在负极材材料领域域有广阔阔的市场场前景。根据 IEK的预测，石墨烯作为负极材料应用在十分之一的锂离子电池中，其需求量在2500吨以上。更重要的是一分钟充电技术，锂离子可再石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出一种新型储能设备石墨烯电池。它的功率密度比锂电池高100倍，能量储存密度比传统超级电容高30倍。2008-2013年全球的负极材料的需求量将保持年均 20%的增长率，到 2013年全球的负极材料需求量将达

9、到 3.7万吨以上。未来有 1%的锂离子电池由使用石墨烯负极材料的需求，那每年对于石墨烯的需求就在 250吨以上。（3）石墨墨烯促进进超级电电容器发发展超级电容器器超级电电容器又又称超大大容量电电容器、金金电容、黄黄金电容容、储能能电容、法法拉电容容、电化化学电容容器或双双电层电电容器（英英文名称称为EDDLC，即即Eleectrric Douublee Laayerr Caapaccitoors），是是靠极化化电解液液来存储储电能的的新型电电化学装装置。它它是近十十几年随随着材料料科学的的突破而而出现的的新型功功率型储储能元件件，其批批量生产产不过几几年时间间。超级级电容器器自面市市以来，全

10、全球需求求量快速速扩大，已已成为化化学电源源领域内内新的产产业亮点点。超级级电容器器在电动动汽车、混混合燃料料汽车、特特殊载重重汽车、电电力、铁铁路、通通信、国国防、消消费性电电子产品品等众多多领域有有着巨大大的应用用价值和和市场潜潜力，被被世界各各国所广广泛关注注。 美美国探探索杂杂志20007年年1月号号，将超超级电容容器列为为20006年世世界七大大科技发发现之一一，认为为超级电电容器是是能量储储存领域域的一项项革命性性发展，并并将在某某些领域域取代传传统蓄电电池。碳质材料是是目前研研究和应应用很广广泛的超超级电容容器电极极材料。用用于超级级电容器器的碳质质材料目目前主要要集中在在活性炭

11、炭（ACC）、活活性碳纤纤维（AACF）、炭炭气凝胶胶、他纳纳米管和和模板炭炭等。而而自从石石墨烯被被成功制制备以来来，人们们开始探探索这种种碳质材材料在超超级电容容器中的的应用。由于石墨烯烯具有极极高的理理论比表表面积，结结构上属属于独立立存在的的单层石石墨晶体体材料，故故石墨烯烯片层的的两边均均可以负负极电荷荷形成双双电层。且且石墨烯烯片层所所特有的的褶皱以以及叠加加效果，可可以形成成的纳米米孔道和和纳米空空穴，有有利于电电解液的的扩散，因因此石墨墨烯基的的超级电电容器具具有良好好的功率率特性。目前中国市市场的超超级电容容器年需需求量可可达21150万万只，约约1.22亿瓦时时，且每每年都

12、在在以约550%的的速度增增长，220111年全球球超级电电容的市市场规模模将达到到 500亿元以以上，并并保持着着 200%的增增长速率率。005-220055-20010年年全球超超级电容容器市场场规模 （4）替代代TTOO有极大大的前景景目前的显示示器和触触摸屏等等器件中中的导体体材料，主主要是使使用的氧氧化铟锡锡 ITTO材料料。但氧化铟铟锡的价价格高、用用量大、易易碎、有有毒性(与铅的的毒性可可比)，而石墨墨烯由于于由于其其特殊的的分子结结构而有有非常高高的导电电性，而而且石墨墨烯几乎乎完全透透明；这这两种性性质使得得石墨烯烯本身就就是一种种性能非非常好的的透明导导体材料料，适合合用

13、于制制作显示示器件。石墨烯烯的另一一个特性性是具有有高韧性性，能够够拉伸 20%而不断断裂。使使用石墨墨烯作为为导体材材料，能能够制成成可以折折叠、伸伸缩的显显示器件件。而且且石墨烯烯触摸屏屏合成对对环境无无害，需需要资源源少，并并且随着着生产工工艺的不不断改进进，生产产成本有有望大大大低于传传统氧化化铟锡触触摸屏石石墨烯。 20111 年年全球仅仅触摸屏屏所需要要的 IITO 导电玻玻璃就近近 45500 万片，加加上公共共查询、医医疗仪器器和游戏戏机等方方面的应应用，预预计20012年年 ITTO导电电玻璃的的市场容容量在 85000-995000万片，石石墨烯将将具有很很大的替替换空间间

14、。以触摸屏为为代表的的智能机机需求强强劲增长长，带动动智能机机零部件件的生产产和销售售，其中中包括电电容屏的的生产。据据资策会会产业情情报研究究所(MMIC)预计，220111年全球球智能手手机出货货量将达达到4.52亿亿台，220122年将增增加至66.144亿台，年年成长率率达355.8%.其中中Anddroiid平台台20111年出出货量将将达2.06亿亿台，以以46%的市占占率成为为全球最最大的智智能手机机操作系系统，未未来预期期将维持持在500%左右右。而iiOS与与WinndowwsPhhonee在相关关大厂应应用生态态体系的的支持下下，20012年年市占率率有望达达到199%与1

15、13%.特别今今年是我我国千元元智能机机的普及及年，触触摸屏的的智能机机销售将将大旺。基基数巨大大的触摸摸屏手机机的销售售，将给给石墨烯烯电容触触摸屏带带来巨大大的发展展动力。所所以，石石墨烯行行业存在在较大投投资机会会，值得得关注。石墨烯触摸屏，比现有手机触摸屏更环保、更便宜和更耐用。现有手机触摸屏的工作层中不可缺少的材料为陶瓷材料氧化铟锡。从技术层面上讲，该成果的问世缩短了产业界对石墨烯材料8-10年产业化的时间预期。今年，该成果可为手机商提供10万片触摸屏，成本比现用材料降低30%.正是由于有上述优势，石墨烯触摸屏的销售将有望从零起步，几何级别增长。所以，石墨烯行业，值得中长期关注。1.

16、3与石石墨烯相相关的国国内国际际政策计计划1.3.11国内：新材料料产业在在“十二五五”期间的的发展目目标为自自给率达达到700%。规规划安排排的每个个重点子子行业都都有望通通过5到到10年年的时间间形成千千亿元至至万亿元元的产值值规模。未未来的行行业的产产值有望望达到数数万亿元元，留给给了投资资者较大大的预期期空间。近近期，因因为整体体市场的的弱势，新新材料板板块的个个股多处处于横盘盘整理阶阶段，而而新材料料中的石石墨烯概概念，凭凭借其独独特性，成成为市场场为数不不多的亮亮点之一一。虽然然我国现现阶段石石墨烯的的生产技技术水平平仍处于于较低水水平，尚尚不能大大规模量量产，但但作为新新材料板板

17、块在“十二五五”规划出出台后的的首个热热点，有有望吸引引市场对对整个新新材料板板块的关关注，形形成良好好的带动动作用。 1.3.22美国美国国防部部高级研研究计划划署(DDARPPA)220088年7月月发布了了碳电子子射频应应用项目目(总资资2 2200万万美元)，主要要开发超超高速和和超低能能量应用用的石墨墨烯基射射频电路路，即用用石墨烯烯制造电电脑芯片片和晶体体管。美国国家科科学基金金会(NNSF)20009年55月发布布了石墨墨烯基材材料超电电容应用用项目，主主要研究究内容包包括：(1)开开发石墨墨烯基电电子材料料，提高高超级电电容器性性能，使使其具有有较高的的能量和和功率密密度；(2

18、)表表征石墨墨烯基电电子材料料的形态态、结构构和性能能特征；(3)加强对对石墨烯烯基超级级电容器器中电化化学双层层和决定定其性能能因素的的基本认认识；(4)调调查离子子液体作作为石墨墨烯基超超级电容容器电解解液的相相容性；(5)开发新新型超级级电容器器电池组组装工艺艺和电池池测试方方法。项项目研发发经费为为63.4万美美元，研研究周期期为20009年年7月11日至20112年77月300日，由由得州大大学奥斯斯汀分校校具体负负责研究究和实施施。美国俄亥俄俄州研究究商业化化资助项项目(OORCGGP)资资助Naanottek Innstrrumeentss公司约约35万万美元用用于锂离离子电池池

19、用纳米米石墨烯烯复合电电极的商商业化生生产。纳纳米石墨墨烯复合合材料具具有较大大容量(20000mmAhgg-1)，是石石墨实际际容量的的688倍。实实验已经经证明这这种材料料3000多个充充放电循循环后，还还能够保保持其结结构的完完整性和和良好性性能。这这种复合合阳极材材料可用用于电动动车等能能源存储储应用的的锂离子子电池，研研究周期期为20009年年4月228日至至20111年44月288日。美美国结构构材料工工业公司司(SMMI)220099年111月宣布布，获得得NSFF的小型型企业技技术转移移项目(STTTR)一一期资助助，用于于开发以以石墨烯烯为基质质的高灵灵敏度NNOx探探测器。

20、其其合作方方为康奈奈尔大学学、南卡卡罗来纳纳大学，分分别提供供石墨烯烯薄膜生生长技术术和气体体探测器器表征技技术。1.3.33欧盟及及成员国国欧盟FP77框架计计划20008年年1月发发布了石石墨烯基基纳米电电子器件件项目。该该项目为为FP77的联合合研究项项目，主主要研究究“超越CCMOSS”(Beeyonnd CCMOSS)领域域的技术术，参加加机构包包括德国国AMOO有限公公司、意意大利大大学纳米米电子研研究组(IUNNET)、英国国剑桥大大学半导导体物理理组(UUCAMM DPPHYSS)、法国原子能能机构(CEAA)的LLETII和法国国STMMicrroellecttronnicS

21、SAS、爱爱尔兰科科克大学学(Unniveersiity Colllegge CCorkk)的TTynddal纳纳米研究究所等组组成。项项目经费费为2339万欧欧元，研研究周期期为20008年年1月11日至20110年112月331日。欧洲研究理理事会(ERCC)资助助了石墨墨烯物理理性能和和应用研研究项目目。项目目研究经经费为1177.5万欧欧元，研研究周期期为3年年，负责责机构为为英国曼曼彻斯特特大学物物理与天天文学院院。该项项目有三三个主要要方向：(1)重点研研究石墨墨烯薄膜膜和独特特的一维维性能；(2)模拟无无质量相相对论粒粒子的石石墨烯电电荷载体体；(33)石墨墨烯晶体体管的应应用研

22、究究。欧洲科学基基金会(ESFF)20008年年12月月发布了了扩大石石墨烯研研究在科科学和创创新方面面的影响响力的基基金申请请项目，即即欧洲石石墨烯项项目(EEurooGRAAPHEENE)，共有有19个个国家的的20个个基金资资助机构构参与该该项目的的资助。欧欧洲石墨墨烯项目目是一个个4年期期的研究究计划，需需要欧洲洲范围内内广泛而而有深度度的合作作。该项项目主要要研究领领域包括括石墨烯烯物理性性能、机机械和电电子-机机械性能能、化学学修饰，以以及寻找找设计石石墨烯电电子特性性的新方方法和制制备以石石墨烯为为基础的的功能应应用器件件。德国科学基基金会(DFGG)于220099年7月月宣布开

23、开展石墨墨烯新兴兴前沿研研究项目目，项目目时间跨跨度为66年。该该项目的的目标是是提高对对石墨烯烯性能的的理解和和操控，以以建立新新型的石石墨烯基基电子产产品。基基金资助助领域主主要包括括：石墨墨烯基电电子设备备的制备备；石墨墨烯电子子、结构构、机械械、振动动等性能能表征与与操控；石墨烯烯纳米结结构制备备和表征征及性能能操控；石墨烯烯与衬底底材料、栅栅极材料料相互作作用的理理解和控控制；输输运研究究(如声声子和电电子传输输、量子子传输、弹弹道输运运、自旋旋输运)、新型型装置示示范(如如场效应应器件、等等离子器器件、单单电子晶晶体管)以及石石墨烯的的理论研研究(如如石墨烯烯电子和和原子结结构、电

24、电子声子子运输、自自旋、石石墨烯机机械和振振动性能能、纳米米结构、器器件模拟拟)等。英国工程和和自然科科学研究究委员会会(EPPSRCC)资助助了石墨墨烯基自自旋器件件模拟项项目，项项目承担担机构为为兰卡斯斯特大学学，项目目研究时时间跨度度为20010年年1月11日至220122年122月311日，资资助额度度为4.9万英英镑。EEPSRRC还资资助了石石墨烯基基晶体管管传输模模拟项目目，项目目承担机机构也为为兰卡斯斯特大学学，时间间跨度为为20007年110月223日至至20110年88月222日，资资助额度度为199.8万万英镑。1.3.44日本日本学术振振兴机构构(JSST)220077

25、年就开开始了对对石墨烯烯硅材料料/器件件的技术术开发项项目的资资助。该该项目的的负责机机构为日日本东北北大学。该该项目主主要是开开发“石墨烯烯硅”材料/工艺技技术，并并在此基基础上开开发先进进的辅助助开关器器件(CCGOSS)和等等离子共共振赫兹兹器件(PRGGOS)。这项项研究将将能实现现电荷传传输无时时间、超超高速、大大规模集集成的器器件技术术。1.4文献献专利情况况(1)与石石墨烯相相关研究究的论文文在20005年年以后快快速增长长，说明明该领域域已经成成为世界界各国学学者重视视的热点点。(2)重视视石墨烯烯相关研研究的主主要国家家有美国国、中国国、日本本、德国国、英国国、法国国及西班班

26、牙等。美美国在该该领域的的研究从从论文数数量和机机构分布布上占有有显著的的优势，中中国在论论文数量量方面表表现不俗俗。(3)国际际上石墨墨烯的研研究论文文主要分分布在高高分子物物理学、材材料科学学及应用用物理学学等学科科范围，中中国发表表的与石石墨烯相相关的论论文主要要分布在在材料科科学、物物理化学学、纳米米技术等等学科范范围。(4)国际际石墨烯烯研究的的热点主主要集中中在材料料的导电电性、导导热性、石石墨烯的的制备研研究及纳纳米材料料研究等等方向，中中国主要要集中在在纳米材材料、材材料基础础及应用用研究等等方向。(5)中国国与美国国、日本本等相比比，关于于石墨烯烯的研究究起步相相对较晚晚，中

27、国国近两年年来开始始进入了了研究活活跃期。中中国发表表的相关关论文量量表现不不俗，但但论文质质量不高高，中国国发表的的论文有有3597尚未被被引用过过。被引引用的总总体情况况较差，只只占国际际论文被被引的44844左右右。(6)从高高被引论论文分析析，中国国在石墨墨烯研究究领域的的影响正正在扩大大，部分分优秀学学者的研研究成果果已经被被国际广广泛引用用，研究究优势初初露端倪倪。（7）各国国目前都都在积极极进行石石墨烯的的研究和和专利布布局，如如陶氏化化学、通通用、三三星电子子株式会会社、施施乐公司司等等国国际大牌牌厂商都都在积极极推进石石墨烯产产业的研研究，从从 20004年年至今，国国际上关

28、关于石墨墨烯的专专利申请请已经达达到了 14000余项项，主要要在石墨墨烯的制制备、能能源领域域的应用用、显示示技术方方面的应应用、石石墨烯纳纳米材料料以及石石墨烯复复合材料料等方面面。1.5国内内行业先先行者1.5.11中国宝宝安宝安旗下子子公司贝贝特瑞拥拥有中国国天然鳞鳞片状石石墨主要要产地之之一的黑黑龙江鸡鸡西石墨墨矿，四四年前开开始进行行石墨烯烯的研究究开发。目目前已完完成石墨墨烯制备备工艺的的小试，正正在进行行中试，并并已提交交了该产产品相关关技术的的发明专专利申请请一项，还还没有具具体的产产量时间间表。石石墨烯的的需要主主要还是是靠下游游驱动，从从实验到到量产不不是短期期之内可可以

29、看到到的，但但是对其其未来发发展前景景还是非非常乐观观的。 1.5.22方大碳碳素2010年年 6月月公司公公告收购购成都炭炭素有限限责任公公司1000%股股权， 成都炭炭素现有有40000t/a 特特种石墨墨生产线线项目。220100 年 11 月公司司拟与成成都市政政府签订订战略合合作投资资建设协协议书，在在成都资阳工工业发展展区设立立方大科科技产业业园，该该园区占占地12200 亩，总总投资金金额约为为21.2 亿亿元，总总投资额额中包含含三个公公司拟建建项目：在该园园区内建建立特种种石墨生生产基地地项目，子子公司成成都蓉光光炭素股股份有限限公司建建设项目目，在该该园区建建立新型型炭材料

30、料研发中中心项目目。 1.5.33新华锦锦 新华锦集团团投入115至220亿元元在平度度建设一一个集石石墨高端端研发、高高科技深深加工、产产品集中中交易和和生态友友好型原原料开采采的自主主创新战战略高地地、战略略性新兴兴产业核核心产业业平台和和新能源源新材料料产业园园，形成成年产销销额过1100亿亿元的石石墨新材材料和新新能源规规模化产产业。1.6风险险提示 1. 石石墨烯目目前还处处在研发发阶段，各各国对于于这个新新兴材料料还处于于一个专专利布局局期，尚尚还没有有出现产产业化动动向，规规模化供供应和需需求均没没有形成成，在8810年内内无法形形成产业业化。制制备石墨墨烯的技技术工艺艺不成熟熟

31、.从概念念到量产产路还很很长。石墨烯烯在国内内市场上上从研发发到应用用的时间间需要55-100年，要要达到成成熟的产产业规模模时间要要更长,行业仍仍在量产产摸索阶阶段，目目前主要要的制备备方法有有微机械械剥离法法、外延延生长法法、氧化化石墨还还原法和和气相沉沉积法；其中氧氧化石墨墨还原法法由于制制备成本本相对较较低，是是目前主主要制备备方法。从上市市公司发发布的相相关石墨墨烯的公公告中并并没有一一家公司司成功量量产石墨墨,除了科科研院校校的实验验使用外外，企业业也多数数是处于于小试或或者中试试阶段，并并没有形形成规模模性产业业发展。还没有达到一致性的品质，而且成品面积都非常小，不能适应工业化应

32、用。2. 石墨烯烯没有形形成下游游的应用用和需求求，目前前最大的的应用还还是为各各大科研研院校的的实验使使用；下下游需求求尚还没没有形成成，大规规模产业业应用尚尚需很长长的时间间。国内内从事石石墨烯研研究的机机构主要要为各大大科研院院校及一一些石墨墨产品生生产企业业，只能能小量生生产石墨墨烯样品品，并没没有规模模化生产产的能力力。在所所有石墨墨烯概念念上市公公司中，有有关石墨墨烯的数数据多数数是概念念性的东东西，并并且研发发实力相相对薄弱弱。 3.截止220100年，我我国的石石墨烯技技术研发发论文不不到美国国的一半半，在顶顶尖技术术应用推推广方面面，我国国难以获获得石墨墨烯技术术转让便便利。

33、 44.国内相相关上市市公司主主要都是是在炒作作概念，参参与炒作作的资金金主要是是以私募募为主。他他们对概概念的挖挖掘会比比较充分分，估计计该板块块未来还还有炒作作空间。” 1.7展望望我国石墨矿矿储量占占世界总总量的775%，生生产量占占世界总总产量的的72%，石墨墨是我国国少有的的集中具具有国际际竞争优优势的矿矿产之一一。石墨墨烯是目目前已知知导电性性能最出出色的材材料，目目前国内内石墨烯烯价格在在20000元/克，接接近于黄黄金价格格的十倍倍左右。但但高达 20000元/克的产产品价格格和广阔阔的市场场前景更更是让各各方对石石墨烯研研究一直直没有停停止过。难怪业内人士有如此评价，如果说世

34、纪是硅的世纪，那么，石墨烯则开创了世纪的新材料纪元，将给世界带来实质性的变化。石墨烯的制制备,特特征,性性能及应应用的研研究内蒙古工业业大学 化学工工程与工工艺 徐徐涛 01100551摘要: 石石墨烯是是目前发发现的唯唯一存在在的二维维自由态态原子晶晶体, 它是构构筑零维维富勒烯烯、一维维碳纳米米管、三三维体相相石墨等等sp22 杂化化碳的基基本结构构单元, 具有有很多奇奇异的电电子及机机械性能能。因而而吸引了了化学、材材料等其其他领域域科学家家的高度度关注。本本文介绍绍了近几几年石墨墨烯的研研究进展展, 包包括石墨墨烯的合合成、去去氧化、化化学修饰饰及应用用前景等等方面的的内容。石石墨烯由

35、由于其特特殊的电电学、热热学、力力学等性性质以及及在纳米米电子器器件、储储能材料料、光电电材料等等方面的的潜在应应用,引引起了科科学界新新一轮的的 碳! 热潮潮。分析析了近11 年来来发表在在Sciiencce、NNatuure 等期刊刊上的关关于石墨墨烯的论论文, 对石墨墨烯制备备、表征征及应用用方面的的最新进进展进行行了综述述, 并并对各种种制备技技术及表表征手段段进行了了分析评评价。关键字: 石墨烯烯, 制制备, 表征, 应用用, 石墨烯烯 氧化化石墨烯烯(GOO) 功功能化石石墨烯 传感器器碳是最重要要的元素素之一，它它有着独独特的性性质，是是所有地地球生命命的基础础。纯碳碳能以截截然

36、不同同的形式式存在，可可以是坚坚硬的钻钻石，也也可以是是柔软的的石墨。碳材料是一种地球上较普遍而特殊的材料, 它可以形成硬度较大的金刚石, 也可以形成较软的石墨. 近20 年来, 碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域, 1985 年发现的富勒烯1和1991 年发现的碳纳米管(CNTs)2均引起了巨大的反响, 兴起了研究热潮. 2004 年, Manchester 大学的Geim 小组3首次用机械剥离法获得了单层或薄层的新型二维原子晶体 石墨烯. 石墨烯的发现, 充实了碳材料家族,形成了从零维的富勒烯、一维的CNTs、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系. 石墨烯是由碳原子以sp2 杂化连接

37、的单原子层构成的, 其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 其理论厚度仅为0.35 nm, 是目前所发现的最薄的二维材料3. 石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元, 可以翘曲变成零维的富勒烯, 卷曲形成一维的CNTs4-5或者堆垛成三维的石墨(图1). 这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象, 使石墨烯表现出许多优异的物理化学性质, 如石墨烯的强度是已测试材料中最高的, 达130 GPa6, 是钢的100 多倍; 其载流子迁移率达1.5104 cm2V-1s-1 7, 是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2 倍, 超过商用硅片迁移率的10 倍, 在特定条件下(如低温骤冷等), 其迁移率

38、甚至可高达2.5105 石墨烯的热导率可达5103Wm-1K-1, 是金刚石的3 倍. 另外, 石墨烯还具有室温量子霍尔效应(Hall effect)10及室温铁磁性11等特殊性质. 石墨烯的这些优异性引起科技界新一轮的“碳”研究热潮, 已有一些综述性文章从不同方面对石墨烯的性质进行了报道.,本文仅根据现有的文献报道对石墨烯的制备方法、功能化以及在化学领域中的应用作一综述 历史背景想象有那么么一张单单层的网网，每一一个网格格都是一一个完美美的六边边形，每每一个绳绳结都是是一个碳碳原子。这这张网只只有一个个原子那那么厚，可可以说没没有高度度、只有有长宽，是是二维而而不是三三维的。这这就是石石墨烯

39、，它它是二维维的碳，人人类已知知的最薄薄材料，一一种正为为物理学学和材料料学带来来许多新新发现的的东西。由于这这种材料料是从石石墨中制制取的，而而且包含含烯类物物质的基基本特征征碳原原子之间间的双键键，所以以称为石石墨烯。实实际上石石墨烯本本来就存存在于自自然界，只只是难以以剥离出出单层结结构。石石墨烯一一层层叠叠起来就就是石墨墨，厚11毫米的的石墨大大约包含含3000万层石石墨烯。层层与层之之间附着着得很松松散，容容易滑动动，使得得石墨非非常软、容容易剥落落。铅笔笔在纸上上轻轻划划过，留留下的痕痕迹就可可能是几几层甚至至仅仅一一层石墨墨烯。科学家家在200世纪440年代代就对类类似石墨墨烯的

40、结结构进行行过理论论研究，但但在此后后很长时时间里，制制取单层层石墨烯烯的努力力一直没没有成功功，有人人认为这这样的二二维材料料是不可可能在常常温下稳稳定存在在的。220044年100月，发发表在美美国科科学杂杂志上的的一篇论论文推翻翻了这种种认知。在在英国曼曼彻斯特特大学工工作的安安德烈海姆和和康斯坦坦丁诺沃肖肖洛夫，用用普通胶胶带完成成了他们们的“魔术”。他们用胶带带从石墨墨上粘下下薄片，这这样的薄薄片仍然然包含许许多层石石墨烯。但但反复粘粘上十到到二十次次之后，薄薄片就变变得越来来越薄，最最终产生生一些单单层石墨墨烯。这这个看上上去非常常简单、一一点儿也也不高科科技的方方法，并并不是他他

41、们的首首创。在在此之前前就有人人试过，但但没能辨辨识出单单层石墨墨烯。2004年年，英国国曼彻斯斯特大学学的安德德烈K海姆(Anddre K. Geiim)等等制备出出了石墨墨烯。海海姆和他他的同事事偶然中中发现了了一种简简单易行行的新途途径。他他们强行行将石墨墨分离成成较小的的碎片，从从碎片中中剥离出出较薄的的石墨薄薄片，然然后用一一种特殊殊的塑料料胶带粘粘住薄片片的两侧侧，撕开开胶带，薄薄片也随随之一分分为二。不不断重复复这一过过程，就就可以得得到越来来越薄的的石墨薄薄片，而而其中部部分样品品仅由一一层碳原原子构成成他们们制得了了石墨烯烯。石墨烯烯的问世世引起了了全世界界的研究究热潮。它它

42、不仅是是已知材材料中最最薄的一一种，还还非常牢牢固坚硬硬；作为为单质，它它在室温温下传递递电子的的速度比比已知导导体都快快。石墨墨烯在原原子尺度度上结构构非常特特殊，必必须用相相对论量量子物理理学(rrelaativvisttic quaantuum pphyssicss)才能能描绘。 结构性质石墨烯结构构非常稳稳定，迄迄今为止止，研究究者仍未未发现石石墨烯中中有碳原原子缺失失的情况况。石墨墨烯中各各碳原子子之间的的连接非非常柔韧韧，当施施加外部部机械力力时，碳碳原子面面就弯曲曲变形，从从而使碳碳原子不不必重新新排列来来适应外外力，也也就保持持了结构构稳定。 这种稳稳定的晶晶格结构构使碳原原子

43、具有有优秀的的导电性性。石墨墨烯中的的电子在在轨道中中移动时时，不会会因晶格格缺陷或或引入外外来原子子而发生生散射。由由于原子子间作用用力十分分强，在在常温下下，即使使周围碳碳原子发发生挤撞撞，石墨墨烯中电电子受到到的干扰扰也非常常小。 石墨烯最大大的特性性是其中中电子的的运动速速度达到到了光速速的1/3000，远远远超过了了电子在在一般导导体中的的运动速速度。这这使得石石墨烯中中的电子子，或更更准确地地，应称称为“载荷子子”(ellecttricc chhargge ccarrrierr)，的的性质和和相对论论性的中中微子非非常相似似。 研究进展关于石墨烯烯的研究究最早始始于200 世纪纪7

44、0 年代,Claar 等等 22, 33 利利用化学学方法合合成一系系列具有有大共轭轭体系的的化合物物, 即即石墨烯烯片。此此后, Schhmiddt 等等 44, 55 科科学家对对其方法法进行改改进, 合成了了许多含含不同边边缘修饰饰基团的的石墨烯烯衍生物物, 但但这种方方法不能能得到较较大平面面结构的的石墨烯烯20004 年年, GGeimm 等 1 以石石墨为原原料, 通过微微机械力力剥离法法得到一一系列叫叫作二维维原子晶晶体( twoo2diimennsioonall attomiic ccrysstalls) 的新材材料) ) )/ 石石墨烯( grraphhenee )00。/

45、石墨烯烯0又名名/ 单单层石墨墨片0, 是指指一层密密集的、包包裹在蜂蜂巢晶体体点阵上上的碳原原子, 碳原子子排列成成二维结结构, 与石墨墨的单原原子层类类似( 图1) 。GGeimm等 6利利用纳米米尺寸的的金制/ 鹰架架0, 制造出出悬挂于于其上的的单层石墨烯烯薄膜, 发现现悬挂的的石墨烯烯薄膜并并非/ 二维扁扁平结构构0, 而是具具有/ 微波状状的单层层结构00, 并并将石墨墨烯单层层结构的的稳定性性归结于于其在/ 纳米米尺度上上的微观观扭曲00。石墨烯的理理论比表表面积高高达2 6000m2PPg 7 , 具具有突出出的导热热性能( 3 0000W#mm- 11#K- 1 ) 和和力学

46、性性能( 1 0060GGPa) 8 , 以以及室温温下较高高的电子子迁移率率( 115 0000ccm2#V- 1#ss- 11 ) 99 。此此外, 它的特特殊结构构, 使使其具有有半整数数的量子子霍尔效效应、永永不消失失的电导导率等一一系列性性质 , 因而而备受关关注。石墨烯的表表征单层石墨烯烯虽然已已经成功功制得, 但目目前其表表征手段段还十分分有限, 成为为制约石石墨烯研研究的瓶瓶颈之一一。由于于单层石石墨烯理理论厚度度只有00. 3335nnm, 在扫描描电镜中中很难观观察到。原原子力显显微镜是是确定石石墨烯结结构的最最直接办办法。原原子力显显微镜可可以表征征单层石石墨烯, 但也也

47、存在缺缺点: 且在表表征过程程中容易易损坏样样品; 此外, 由于于C 键键之间的的相互作作用, 表征误误差达00. 55nm甚甚至更大大, 这这远大于于单层石石墨烯的的厚度, 使得得表征精精度大大大降低18 。在在Ramman 光谱中中, 石石墨烯在在15880cmm 处的的吸收峰峰强度较较低, 而在227000cm 处的吸吸收峰强强度较高高, 并并且不同同层数的的石墨烯烯在27700ccm 处处的吸收收峰位置置略有移移动。这这可能是是由于石石墨烯的的电子结结构发生生变化, 从而而引起双双共振效效应的变变化119 。Raa􀀂maan 光光谱的形形状、宽宽度和位位置与石石墨烯的的层数有有关, 这为测测量石墨烯层数数提供了了一个高高效率、无无破坏的的表征手手段。但但是, 石墨烯烯拉曼光光谱信号号弱、难难以对其其精细结结构进行行表征。光光学显微微镜的利利用为石石墨烯的的表征提提供了一一个快速速简便的的手段, 使石石墨烯得得到进一一步精确确表征成成为可能能。Chhengg等220 在反射射率计算算的基础础上, 引入色色度学空空间概念念, 提提出了快快速、准准确、无无损表征征石墨烯烯层数的的