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2019年石墨烯将在这7大领域发展态势强劲,市场逐步成熟

2019-01-28 14:35:38 414

石墨烯作为近年来备受关注的新型材料,其用途非常广泛,在半导体产业、光伏产业、锂离子电池、航天、军工、新一代显示器等传统领域和新兴领域都将带来革命性的技术进步。

 

我国政府高度重视石墨烯产业发展,发布了一系列相关政策进行系统布局,并将石墨烯列入我国“十三五规划”的165项重大工程。相关政策的实施对推动技术创新、支撑战略性新兴产业发展、加快走中国特色新型工业化道路具有重要战略意义。

 

随着石墨烯应用在新领域内不断开发,其应用市场规模不断扩大,发展态势良好。石墨烯在下游市场的应用主要表现在新能源、大健康、电子信息、节能环保、生物医药、化工、航空航天等七大应用领域。


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1、新能源


碳材料是最早被商业化的锂离子电池负极材料,如今已得到广泛的应用,如石墨化碳材料、炭微球材料等。石墨烯作为碳材料的一员,以其特有的结构、较高的比表面积、特异的电子传导方式而受到研究者的关注。将石墨烯应用于锂离子电池可以解决传统锂电池能量密度和功率密度难以兼得的问题,可以作为石墨烯复合正负极材料、锂电池正负极材料的导电添加剂,全方位提升锂离子电池的性能。同时,石墨烯二维高比表面积的特殊结构以及其优异的电子传输能力,能有效改善正极材料的导电性能,提高锂离子的扩散传输能力。

 

2、大健康


由于石墨烯具有质量轻、高导电性、高导热性、高强度等优点,在导热材料方面有巨大的发展空间。以石墨烯电加热不仅加热速度快,电热辐射转换效率高,而且石墨烯加热膜是整个面加热,温度均匀分布。最重要的是,会产生远红外辐射,具有良好的医疗、理疗作用。石墨烯在大健康领域的应用主要集中在智能穿戴、智能家居及理疗护具等产品,石墨烯发热技术带来了健康环保、安全智能、无尘静音等优势。

 

从目前石墨烯的应用领域来看,大健康领域是石墨烯产业化最早的领域之一,2017年石墨烯在大健康领域的市场规模达到5亿元,一些企业已经推出了石墨烯护颈、护腰、发热服、眼罩等产品,并在市场上销售。2018年在平昌冬奥会上,72名演员身穿烯旺科技开发的石墨烯智能发热服饰精彩亮相。在保证服饰轻薄与舒适的条件下,该服饰能在-20℃的低温条件下加热到50℃,并持续4小时。


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3、电子信息


随着电子工业技术的不断发展,现代化的电子电器正在朝着体积小、能量密度高的方向发展,并且这种发展趋势越来越猛烈。随着电子产品的工作频率急剧增加,由电子设备产生的热量也会迅速积累和增加,如果不能及时地将热量传导出去,也会使电子元件的工作温度急剧升高。这不仅影响设备的正常工作效率,而且也会使其使用寿命大大缩短,因此迫切需要开发高导热性能的界面导热材料。单层石墨烯的导热率可高达5300W/mK,当层数增加到2 - 4层,热导率降低到2800W/mK-1300 W/mK,但依旧远高于铜(Cu)的热导率(398 W/mK),是导热性能最好的材料。因此,石墨烯可作为理想的电子元器件导热材料。

 

同时,石墨烯天线将成为(继银浆天线之后的)印刷电子技术工艺在RFID(射频识别技术)应用上的又一代表性作品,现阶段铝蚀刻天线制程包括了金属贴合、光阻印刷、金属蚀刻等制程,其流程繁杂、成本偏高且不环保。而采用石墨烯导电浆料制作天线,其制程环保简单且无污染,价格便宜且质量轻,适合各种无线天线的印制,在市场上无论从性能还是价格方面来说,都具备十足的竞争力。


4、节能环保


石墨烯是最坚硬的材料之一,且具有巨大的比表面积和极佳的导电性等众多优异性能,使其在环保领域具有非常广阔的应用前景及巨大的潜在市场价值。石墨烯在节能环保领域主要应用在海水淡化、污水处理、大气治理、电能替代、LED散热等方向。

 

在国家对煤改电政策的大力推广下,石墨烯电热膜产业也初具规模,深圳烯旺科技开发了一款石墨烯高温阻燃型电加热膜,能广泛应用于家用取暖、中医理疗、医疗加热、温度管理等领域,该产品将耐高温性能提升到180℃,电热转化率99%以上,使用寿命提升至30000小时以上,同时具有发热均匀度高、10秒速热等特点,有效解决了现有电加热产品的转化率低、性能衰退、局部高温等行业瓶颈问题。



5、生物医药


石墨烯原材料价格低廉、容易得到,制备方法简单,被认为是极具应用价值的新型材料。石墨烯与多糖等物质合成的复合材料,与细胞高度相容,可用作细胞生长支架;石墨烯衍生物表面含有大量的含氧基团,比表面积大,能促进干细胞的黏附、增殖和分化等,通过进一步结构化功能修饰,可用于骨组织工程领域;基于石墨烯材料的生物传感器可用于测定血清样品中的葡萄糖含量、细菌分析、DNA和蛋白质检测等;经过功能化的石墨烯还可作为载体,将药物运送至靶细胞,提高治疗效果和效率;石墨烯较碳纳米管具有更大表面积、更小毒性、更低价格,并且其光热治疗作用更优,石墨烯或将成为癌症光热治疗的替代材料。

 

6、化工


石墨烯在化工领域的潜在应用主要集中在橡胶、塑料、防腐涂料以及润滑油、润滑脂等领域。如涂料方面,石墨烯具有二维层状结构和大的比表面积以及对水、氧和氯离子等的阻隔特性,在防腐涂料领域具有广阔的应用前景。石墨烯防腐涂料具有以下优点:石墨烯重防腐涂料能够在化工重污染气体、复杂海洋环境等苛刻条件下,实现更长的防腐寿命;石墨烯的加入大大降低了锌粉的用量,在锌粉含量减小70%的前提下,耐盐雾性能仍是环氧富锌涂料的4倍以上,满足了涂装材料轻量化的发展需求;石墨烯优异的导电性、导热性实现了重防腐涂料的功能化。

 

此外,石墨烯作为新兴的材料,在润滑油/脂中的应用方兴未艾,此前的超细石墨粉(或二硫化钼粉、聚四氟乙烯粉等)作为填料常出现在润滑脂中,用于改善润滑脂的润滑性能,而石墨烯作为新材料想要在传统的润滑剂中起到特殊功效,在润滑和防锈两个方面将有所突破。研究发现纳米材料具有易烧结、熔点低等特性,因此以其为基础制取的新型极压抗磨剂作用机理并不是传统的在两摩擦副表面形成一层低剪切强度的物理化学膜,使摩擦磨损发生在生成的保护膜之间,而是将单一的滑动摩擦改变为滑动与滚动的复合摩擦,通过改变摩擦方式达到减小摩擦的目的。

 

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7、航空航天


随着航天航空产业的发展,对复合材料的性能提出了更高的要求,因此需要研发更高性能的新型复合材料,由于石墨烯具有高强度、高导热、抗电磁干扰等性能,可用于航空航天材料中,提升航天航空材料性能,有潜力改变我国航空航天材料主要依赖于进口的局面。目前石墨烯在航空航天领域的应用主要包括大型微波暗室用吸波材料、飞行器与武器平台隐身、轻质复合材料、抗雷达干扰线缆、航空航天热管理系统、飞机轮胎、雷达电磁屏蔽等领域。

 

石墨烯产业的发展整体呈现出良好的应用前景,未来产业发展趋势将更偏向石墨烯绿色、高质量、规模化制备,多级次多功能组装集成,未来产业资源将进一步整合,应用在新能源、生物医药、电子信息、航空航天等领域继续深化。


来源:物联网世界