石墨烯調研報告

石墨烯調研報告一、的發(fā)現(xiàn)二、石墨烯特性三、石墨烯制備方法四、石墨烯五、石墨烯產業(yè)鏈發(fā)展圖六、國內外主要生產石墨烯企業(yè)七、中國石墨烯產業(yè)發(fā)展大事記八、石墨烯產業(yè)發(fā)展趨勢目錄一、石墨烯的發(fā)現(xiàn)：2004年英國曼徹斯特大學的康斯坦丁?諾沃肖洛夫和安德烈?蓋姆教授通過一種很簡單的方法從石墨薄片中剝離出了石墨烯，為此他們二人榮獲2010年度的諾貝爾物理學獎，石墨烯從此出現(xiàn)在了人們視線中。

石墨烯是一種二維晶體，由碳原子按六邊形進行排布，相互連接，形成一個碳分子，其結構非常穩(wěn)定；隨著所連接的碳原子數(shù)量不斷增多，這個二維的碳分子平面不斷擴大，分子也不斷變大。單層的石墨烯只有一個碳原子的厚度，即0.335nm，相當于一根頭發(fā)的20萬分之一的厚度，1mm厚的石墨烯中將近有150萬層左右的石墨烯。石墨烯分子結構

電子顯微鏡下觀測，其碳原子間距僅0.14納米富勒烯（左）和碳納米管（中）可以看作是由單層的石墨烯通過某種方式卷成的，石墨（右）是由多層石墨烯通過范德華力的聯(lián)系堆疊成的。二、石墨烯特性：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。三、石墨烯制備方法

：石墨烯目前仍處于發(fā)展階段，全球范圍內都沒有實施大規(guī)模的量產，主要是由于還沒有找到一種適合大規(guī)模生產的方法和途徑，這也是石墨烯成本一直居高不下的原因。目前石墨烯的制備方法主要有：微機械剝離法、液相剝離法、外延生長法、氧化石墨還原法、化學氣相沉積法、溶劑熱法、有機合成等。1、微機械剝離法：

微機械剝離法是直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來。具體流程如下：首先利用氧離子等在1mm厚的高定向熱解石墨（HOPG）表面進行離子刻蝕，當表面刻蝕出寬度在20um～2mm，深度在5um的微槽后將其用光刻膠粘到玻璃襯底上，再用膠帶進行反復撕揭，然后將多余的HOPG去除并將粘有微片的玻璃襯底放入丙酮溶液中進行超聲一段時間，最后將單晶硅片放入丙酮溶液中，利用范德華力或毛細管力將單層石墨烯撈出，從而獲得石墨烯片。通過粘貼Scotch膠帶的“機械剝離法”制作石墨烯2、外延生長法：

外延生長法是高溫和超高真空中使得單晶碳化硅（SiC）中的硅原子蒸發(fā)，剩下的碳原子經過結構重排形成石墨烯單層或多層，從而得到石墨烯。外延生長法所獲得的石墨烯面積較大，且質量較高，缺點是單晶SiC價格貴。SiC熱分解法制作的SiC基板上的石墨烯（右），實際分布有1～多層的石墨烯3、氧化石墨還原法：

氧化石墨還原法是目前成本最低且最容易實現(xiàn)規(guī)?；a的石墨烯制備方法。氧化石墨還原法是將天然石墨與強酸和強氧化物質反應生成氧化石墨（GO），經過超聲分散制備成氧化石墨烯，加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團，如羧基、環(huán)氧基和羥基，得到石墨烯。石墨烯氧化物和還原后的石墨烯氧化物的化學結構4、化學氣相沉積法：

化學氣相沉積法的原理是為將一種或多種氣態(tài)物質導入到一個反應腔內發(fā)生化學反應，生成一種新的材料沉積在襯底表面。具體方法是將含碳原子的氣體有機物如甲烷（CH4）、乙炔（C2H2）等在鎳或銅等金屬基體上高溫分解，脫出氫原子的碳原子會沉積吸附在金屬表面連續(xù)生長成石墨烯。Nature,Letters,2009,457:077195、幾種主要生產石墨烯方法的對比制備途徑生產方法產品尺寸優(yōu)點缺點是否適合產業(yè)化Top-Down微機械剝離法中小尺寸原料易得、操作相對簡單，石墨烯的純度高、缺陷較少、電學性能好手工、費時、產率低不易形成量產液相剝離法中尺寸單層石墨烯產率不高、片層團聚嚴重不易形成量產氧化還原法大尺寸無法大面積，含氧功能團降低導電性能可以大規(guī)模生產Bottom-upSiC晶體外延生長大尺寸石墨烯的質量相對較高制備條件苛刻，成本高產率低適合小批量生產化學氣相沉積大尺寸工藝簡單，所得石墨烯質量高、可實現(xiàn)大面積生長，并且較易于轉移到各種基體上成本高，工藝復雜，石墨烯某些電子特性會受到影響可以大規(guī)模生產有機合成小尺寸可實現(xiàn)石墨烯在分子尺度的結構操控，可加工性強所得石墨烯的橫向尺寸較小、產率低不易形成量產四、石墨烯應用領域石墨烯應用評價石墨烯產品產品優(yōu)勢石墨烯原材料質量要求/制備方法推廣過程中主要障礙發(fā)展階段下游應用市場導電油墨性價比高（導電性優(yōu)于碳基油墨，成本低于納米金屬油墨）一般；氧化還原，液相剝離——非常成熟，已經產業(yè)化印刷、打印復印導熱膜片導熱系數(shù)高一般（石墨烯微片），氧化還原法合成、轉移控制，成本較高比較成熟，已產業(yè)化手機、電腦、LED燈等散熱鋰電池導電添加劑少量添加提高充放電性能、包覆電極材料提高穩(wěn)定性、導電性好一般；氧化還原法均勻一致性比較成熟，產業(yè)化早期鋰電池正極材料鋰電池負極單獨或與其他材料復合作為電池負極，大幅提高電池容量較高，液相剝離，化學合成均勻一致性，成本控制產業(yè)化早期鋰電池負極材料超級電容充放電性能好一般；氧化還原法介質能量密度有待提高，成本還需下降產業(yè)化早期超級電容器觸控屏幕與ITO相比透光率高，方塊電阻小，柔韌性較好很高（單層或少層石墨烯）；CVD法大規(guī)模低成本制備，均勻一致性比較成熟，產業(yè)化早期手機、電腦、可穿戴設備等顯示器件的屏幕石墨烯技術價值鏈條中以石墨烯生產商最為關鍵，大規(guī)模低成本的工業(yè)化生產技術突破將驅動下游產品市場高速增長。儀器設備供應商（CVDEquipmentCorporation,NanotekInstruments）等石墨烯應用企業(yè)Nokia，三星，西門子，IBM，華為,中興(潛在用戶)……中間產品研發(fā)者BayerMaterials,BASF，Zyvextechnology等石墨烯生產商Vorbeck,XGMaterials，常州二維，第六元素，寧波墨西，重慶墨烯，無錫格菲、廈門凱納，杭州格藍豐……石墨原材料供應商FocusMetals,NorthernGraphite,方大碳素等終端用戶研究機構中科院金屬研究所、寧波材料研究所、江南石墨烯研究院、復旦大學等五、石墨烯產業(yè)鏈發(fā)展圖六、國內外主要生產石墨烯企業(yè)公司名稱公司背景石墨烯制備方法應用領域石墨烯產能AngstronMaterialsIncNanotekInstruments,Inc獨立出來Top-down儲能領域應用每年300噸VorbeckMaterialsCorporation06年成立，技術來源于普林斯頓大學Top-down電子產品應用40噸/年XGSciences，Inc06年成立Top-down先進材料和儲能領域應用80噸/年GrapheneNanochemplc13年成立，主營石墨烯片狀納米顆粒Catalyx?

工藝（化學合成）導電油墨，涂料計劃將產能擴建至250噸公司名稱公司背景石墨烯制備方法應用領域石墨烯產能HaydaleLimited03年于英國成立top-down石墨烯油墨和涂料、柔性觸控屏幕等NA常州二維碳素成立于2011年12月，公司注冊資本3000萬元。CVD透明導電膜、觸控產品、加熱膜等20萬平米/年寧波墨西（成立于2012年4月，注冊資金2.4億元）研發(fā)力量依托于中國科學院寧波材料技術與工程研究所，投資靠南江集團（上市公司為華麗家族）液相剝離法電池電容，涂料油墨，導熱材料，復合材料等300噸/年輝銳科技集團由中美科學家及團隊于09年創(chuàng)立，IDG為其股東之一CVD石墨烯生產和轉移；石墨烯多領域應用，石墨烯觸控產品NA重慶墨烯成立于2013年3月，首期投資近3億元CVD石墨烯導電膜、石墨烯手機100萬平米/年七、中國石墨烯產業(yè)發(fā)展大事記現(xiàn)階段石墨烯的制備和應用技術正在經歷重大的發(fā)展爬坡期，其中制備方法的研究成當前行業(yè)的主攻方向，在應用領域，近三年為爬坡點。未來石墨烯技術的研究將主要集中在兩方面：一是石墨烯制備研究，包括制備的方法，制備設施的改進與完善；二是石墨烯的應用拓展研究，即利用石墨烯材料特性開發(fā)新的應用增長點，培養(yǎng)扶植新的應用產業(yè)。（1）在石墨烯產業(yè)的專利申請方面，目前很多企業(yè)已經開展了相應專利布局，而中國是石墨烯專利技術申請量最大的國家，加之政府的大力支持，專利技術的實施和工業(yè)化應用發(fā)展具有得天獨厚的優(yōu)勢。但是，國內石墨烯產業(yè)的專利申請比較零散和隨機，企業(yè)主體缺乏明確的專利規(guī)劃，同時部分專利申請的質量有待提高。（2）在石墨烯產業(yè)的產品制造方面：目前的行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)多形態(tài)，水平參差不齊，但未來3-5年，低成本制備將成為行業(yè)研究的熱點。（3）在石墨烯產業(yè)的產品類型拓展方面：未來石墨烯的產品將重點集中在膜材和粉材上。粉材主要作為添加劑使用，石墨烯作為添加劑的應用范圍巨大，根據添加的比例及添加的場所不同能產