石墨烯產業(yè)發(fā)展調研報告

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1、Acer宏碁AS4750G-2454G75Mnkk 石墨烯產業(yè)發(fā)展調研報告石墨烯是一種由碳原子緊密堆積構成的二維晶體，是包括富勒烯、碳納米管、石墨在內的碳的同素異形體的基本組成單元，就是石墨的單層薄片。它是人類已知強度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導電性最佳的材料。美國麻省理工學院(MIT)的《技術評論》曾將石墨烯列為2008年10大新興技術之一。在2009年12月18日出版的《科學》雜志中，“石墨烯研究取得新進展”被列為2009年10大科技進展之一。2010年10月5日，英國曼徹斯特大學教授安德烈·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年諾貝爾物理學獎。1.1石墨烯結構及性質石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮。作為單質，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。石墨烯在原子尺度上結構非常特殊，必須用相對論量子物理學(relativisticquantumphysics)才能描繪。石墨烯結構非常穩(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，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，也就保持了結構穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結構使碳原子具有優(yōu)秀的導電性。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，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）導電性極強：石墨烯中的電子沒有質量，電子的運動速度超過了在其他金屬單體或是半導體中的運動速度，能夠達到光速的1/300，正因如此，石墨烯擁有超強的導電性。（2）超高強度：石墨是礦物質中最軟的，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石墨烯的應用及市場潛力(1)代替硅生產電子產品硅讓我們邁入了數字化時代,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動速度快慢的量度），是一種性能非常優(yōu)異的半導體材料，電子在石墨烯中的運行速度能夠達到光速的1/300，要比在其他介質中的運行速度高很多，而且只會產生

5、很少的熱量。使用石墨烯作為基質生產出的處理器能夠達到1THz（即1000GHz）。全球半導體晶硅的市場發(fā)展穩(wěn)定，根據IEK的預測，石墨烯可替代晶硅應用在芯片領域，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新紀元鉛酸電池具有技術成熟、價格較低等優(yōu)點，但是存在嚴重鉛污染，將被更先進的產品替代。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，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，是目前在消費電子領域應用最廣泛的電池，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、動車領域的應用碰到了充電難題。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，不能單獨用于電動車或其他儲能設備。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，開啟了儲能技術新紀元。石墨烯鋰離子電池可以被應用到消費電子、電動工具、電動自行車、電動汽車和儲能等領域。特別是在電動汽車和儲能領域，石墨烯鋰離子電池具有非常強的競爭力。石墨烯鋰離子電池可在幾分鐘內滿充，將加快電動汽車產業(yè)化進程。目前的電動汽車，因為充電時間長達幾個小時，在市場推廣過程中遇到了充電站配套建設成本高和普通消費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，未來將在負極材料領域有廣闊的市場前景。根據IEK的預測，石墨烯作為負極材料應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，鋰離子可再石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出一種新型儲能設備—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年全球的負極材料的需求量將保持年均20%的增長率，到2013年全球的負極材料需求量將達到3.7萬噸以上。未來有1%的鋰離子電池由使用石墨烯負極材料的