石墨烯量化制備方法及石墨烯超級(jí)電容器技術(shù)進(jìn)展匯總.doc

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1、石墨烯量化制備方法及石墨烯超級(jí)電容器技術(shù)進(jìn)展匯總　　石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯不僅是世界上最強(qiáng)、最堅(jiān)硬、最薄的物質(zhì)，石墨烯比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度是世界上最好鋼鐵的上百倍，同時(shí)由于它在已知的材料中電阻率最小、導(dǎo)熱系數(shù)最高，它電流密度是銅的100萬倍，導(dǎo)熱率是銅的10倍，因此也是最理想的電極和半導(dǎo)體材料，被認(rèn)為可以引發(fā)現(xiàn)代電子科技和信息技術(shù)的革命。石墨烯被視為工業(yè)味精，也被譽(yù)為萬能材料。整體的石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈分為上游、中游、下游，上游主要是制備石墨烯的原料及設(shè)備，中游

2、主要是各類石墨烯，下游就是石墨烯的應(yīng)用，包括復(fù)合材料、電子信息、儲(chǔ)能等多個(gè)領(lǐng)域?！　∈┝炕苽浞椒笆┏?jí)電容器技術(shù)進(jìn)展匯總　　石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯不僅是世界上最強(qiáng)、最堅(jiān)硬、最薄的物質(zhì)，石墨烯比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度是世界上最好鋼鐵的上百倍，同時(shí)由于它在已知的材料中電阻率最小、導(dǎo)熱系數(shù)最高，它電流密度是銅的100萬倍，導(dǎo)熱率是銅的10倍，因此也是最理想的電極和半導(dǎo)體材料，被認(rèn)為可以引發(fā)現(xiàn)代電子科技和信息技術(shù)的革命。石墨烯被視為工業(yè)味精，也被譽(yù)為萬能

3、材料。整體的石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈分為上游、中游、下游，上游主要是制備石墨烯的原料及設(shè)備，中游主要是各類石墨烯，下游就是石墨烯的應(yīng)用，包括復(fù)合材料、電子信息、儲(chǔ)能等多個(gè)領(lǐng)域。　　　　目前中國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)換擋期，各級(jí)政府也將石墨烯產(chǎn)業(yè)作為地方產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代的突破口，紛紛成立石墨烯相關(guān)產(chǎn)業(yè)園區(qū)或企業(yè)聯(lián)盟。無錫、重慶、南京、青島、常州已建立起石墨烯產(chǎn)業(yè)示范基地，地方政府的相關(guān)財(cái)政資金也有望在未來幾年達(dá)到千億規(guī)模（合計(jì)）。隨著地方政府的積極介入，石墨烯產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初步形成政府、科研機(jī)構(gòu)、研發(fā)和應(yīng)用企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新的“官產(chǎn)學(xué)研“合作對(duì)接機(jī)

4、制，良性發(fā)展態(tài)勢(shì)有助于石墨烯企業(yè)充分享受地方政策、稅收優(yōu)惠以及資金支持，未來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有望加速?！　∧壳拔覈?guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)大部分是處于下游的生產(chǎn)企業(yè)，且還處于中試階段。能夠規(guī)模化量產(chǎn)的石墨烯公司只有少數(shù)幾家。作為新興產(chǎn)業(yè)，中國(guó)石墨烯下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出欣欣向榮、蓬勃發(fā)展的勢(shì)頭，與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家基本處于同步階段。目前國(guó)內(nèi)的石墨烯生產(chǎn)企業(yè)還沒有完全進(jìn)入盈利模式，主要原因是應(yīng)用市場(chǎng)不明。石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)促進(jìn)和推動(dòng)著石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域的研究和發(fā)展。目前石墨烯產(chǎn)品研發(fā)的主要應(yīng)用領(lǐng)域集中在超級(jí)電容器、鋰離子電池、復(fù)合材料、透明

5、導(dǎo)電電極、太陽能電池等方面?！　　　∈┝炕苽浼案咝阅艹?jí)電容器研究取得進(jìn)展　　日前，中國(guó)科學(xué)院電工研究所馬衍偉研究團(tuán)隊(duì)在石墨烯量化制備及高性能石墨烯基超級(jí)電容器方面取得進(jìn)展，提出以二氧化碳為原料，采用自蔓延高溫合成技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了兼具高導(dǎo)電性和高比表面積石墨烯粉體的快速、綠色、低成本制備。相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表于國(guó)際期刊《先進(jìn)材料》（AdvancedMaterials，2017，1604690），并申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利和PCT專利。　　石墨烯是近年來備受各國(guó)重視的新型材料，但是高品質(zhì)石墨烯的工業(yè)化大規(guī)模制備

6、一直是世界性難題。目前，石墨烯粉體規(guī)模化制備的技術(shù)路線主要基于膨脹石墨剝離法和氧化石墨還原法，但是前者通常得到的是低比表面積的多層石墨片，而后者制備的石墨烯由于殘留的氧官能基團(tuán)和結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致低導(dǎo)電性，嚴(yán)重制約了石墨烯的潛在應(yīng)用。　　針對(duì)上述問題，該團(tuán)隊(duì)采用二氧化碳為原料，金屬鎂粉為還原劑，納米氧化鎂為模板劑，通過鎂粉在二氧化碳?xì)夥罩凶月尤紵绞?，成功制備出富含介孔結(jié)構(gòu)的石墨烯，如圖1所示?！　　　∧壳八频氖╇妼?dǎo)率高達(dá)13000S/m，比表面積為709m2/g，綜合性能優(yōu)異，并在離子液體電解液中表現(xiàn)出

7、優(yōu)越的電化學(xué)性能?；陔姌O材料的比電容高達(dá)244F/g，能量密度高達(dá)136Wh/kg，功率密度高達(dá)1000kW/kg，循環(huán)100萬周后，容量保持率仍大于90%，如圖2所示。該石墨烯制備方法反應(yīng)過程耗時(shí)短、環(huán)境友好、成本低、易于工業(yè)化推廣，將有力促進(jìn)石墨烯在超級(jí)電容器等儲(chǔ)能領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。該研究與中科院理化技術(shù)研究所李江濤研究團(tuán)隊(duì)、中科院物理研究所李建奇研究團(tuán)隊(duì)合作完成，并獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。　　　　　　我國(guó)科學(xué)家把石墨烯單晶的生長(zhǎng)速度提高了150倍　　在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：51

8、522201，11327902）資助下，由俞大鵬院士領(lǐng)導(dǎo)的“納米結(jié)構(gòu)與低維物理”研究團(tuán)隊(duì)的劉開輝課題組在大單晶石墨烯的生長(zhǎng)方面取得新的重要進(jìn)展。研究成果于2016年11月7日以“Ultrafastgrowthofsingle-crystalgrapheneassistedbyaconTInousoxygensupply（氧化物襯底輔助石墨烯單晶超快生長(zhǎng)）”為題在NatureNanotechnology發(fā)表。　　石