石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)研報告

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1、Acer宏碁AS4750G-2454G75Mnkk 石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)研報告石墨烯是一種由碳原子緊密堆積構(gòu)成的二維晶體，是包括富勒烯、碳納米管、石墨在內(nèi)的碳的同素異形體的基本組成單元，就是石墨的單層薄片。它是人類已知強(qiáng)度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導(dǎo)電性最佳的材料。美國麻省理工學(xué)院(MIT)的《技術(shù)評論》曾將石墨烯列為2008年10大新興技術(shù)之一。在2009年12月18日出版的《科學(xué)》雜志中，“石墨烯研究取得新進(jìn)展”被列為2009年10大科技進(jìn)展之一。2010年10月5日，英國曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因在石墨烯（graphene）研究方面的杰出成

2、就而榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎。1.1石墨烯結(jié)構(gòu)及性質(zhì)石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮。作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。石墨烯在原子尺度上結(jié)構(gòu)非常特殊，必須用相對論量子物理學(xué)(relativisticquantumphysics)才能描繪。石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原

3、子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。石墨烯是目前已知的最薄的一種材料，單層的石墨烯只有一個碳原子的厚度，這種厚度的石墨烯擁有了許多石墨所不具備的特性。（1）導(dǎo)電性極強(qiáng)：石墨烯中的電子沒有質(zhì)量，電子的運(yùn)動速度超過了在其他金屬單體或是半導(dǎo)體中的運(yùn)動速度，能夠達(dá)到光速的1/300，正因如此，石墨烯擁有超強(qiáng)的導(dǎo)電性。（2）超高強(qiáng)度：石墨是礦物質(zhì)中最軟的，其莫氏硬度只有1-2級，但被分離成一個碳原子厚度的石墨烯后，性能則發(fā)生突變，其硬度將比莫氏硬度10級的金剛石還高，卻又擁有很好的韌性，且可以彎曲。(3)超大比表面積：由于石墨烯的厚度只有一個

4、碳原子厚，即0.335納米，所以石墨烯擁有超大的比表面積，理想的單層石墨烯的比表面積能夠達(dá)到2630m2/g，而普通的活性炭的比表面積為1500m2/g，超大的比表面積使得石墨烯成為潛力巨大的儲能材料。1.2石墨烯的應(yīng)用及市場潛力(1)代替硅生產(chǎn)電子產(chǎn)品硅讓我們邁入了數(shù)字化時代,但研究人員仍然渴望找到一些新材料,讓集成電路更小、更快、更便宜。在眾多的備選材料中,石墨烯最引人矚目。石墨烯擁有比硅更高的載流子遷移率（即載流子在電場作用下運(yùn)動速度快慢的量度），是一種性能非常優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，電子在石墨烯中的運(yùn)行速度能夠達(dá)到光速的1/300，要比在其他介質(zhì)中的運(yùn)行速度高很多，而且只會產(chǎn)生

5、很少的熱量。使用石墨烯作為基質(zhì)生產(chǎn)出的處理器能夠達(dá)到1THz（即1000GHz）。全球半導(dǎo)體晶硅的市場發(fā)展穩(wěn)定，根據(jù)IEK的預(yù)測，石墨烯可替代晶硅應(yīng)用在芯片領(lǐng)域，石墨烯如果替代十分之一的晶硅制成高端集成電路，市場容量至少在5000億元以上。(2)石墨烯鋰離子電池開啟儲能技術(shù)新紀(jì)元鉛酸電池具有技術(shù)成熟、價格較低等優(yōu)點(diǎn)，但是存在嚴(yán)重鉛污染，將被更先進(jìn)的產(chǎn)品替代。鎳氫電池具有可大電流快速充放電、耐過充過放、低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，但能量密度較低使其不能用于純電動車。鋰離子電池能量密度大，循環(huán)壽命長，是目前在消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的電池，但是其功率密度還不夠大，電池滿充時間需要幾個小時，在純電

6、動車領(lǐng)域的應(yīng)用碰到了充電難題。超級電容器功率密度高而能量密度低，無法滿足續(xù)航要求，不能單獨(dú)用于電動車或其他儲能設(shè)備。石墨烯鋰離子電池解決了“魚和熊掌不可兼得”的難題，同時滿足了能量密度和功率密度要求，開啟了儲能技術(shù)新紀(jì)元。石墨烯鋰離子電池可以被應(yīng)用到消費(fèi)電子、電動工具、電動自行車、電動汽車和儲能等領(lǐng)域。特別是在電動汽車和儲能領(lǐng)域，石墨烯鋰離子電池具有非常強(qiáng)的競爭力。石墨烯鋰離子電池可在幾分鐘內(nèi)滿充，將加快電動汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。目前的電動汽車，因?yàn)槌潆姇r間長達(dá)幾個小時，在市場推廣過程中遇到了充電站配套建設(shè)成本高和普通消費(fèi)者對其接受度較低的問題。石墨烯鋰離石墨烯能夠大幅提升鋰離子電池性

7、能，未來將在負(fù)極材料領(lǐng)域有廣闊的市場前景。根據(jù)IEK的預(yù)測，石墨烯作為負(fù)極材料應(yīng)用在十分之一的鋰離子電池中，其需求量在2500噸以上。更重要的是一分鐘充電技術(shù)，鋰離子可再石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動的特性，開發(fā)出一種新型儲能設(shè)備—石墨烯電池。它的功率密度比鋰電池高100倍，能量儲存密度比傳統(tǒng)超級電容高30倍。2008-2013年全球的負(fù)極材料的需求量將保持年均20%的增長率，到2013年全球的負(fù)極材料需求量將達(dá)到3.7萬噸以上。未來有1%的鋰離子電池由使用石墨烯負(fù)極材料的