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石墨烯的2019:從“逐漸退燒”邁向“新材料之王”

石墨烯,因其擁有獨特的物理性能而被廣泛關注。它是目前世界上已知最薄、最堅硬、導電性和導熱性最好的材料,“多才多藝”的性質使得石墨烯有着廣闊的應用前景,可以運用在計算機芯片上,大幅度提高計算速度。用石墨烯作為導電添加劑,可以顯著提高锂電池的充電速度和綜合性能。所以人們稱它為會改變世界的材料。2019年在石墨烯領域都發生了哪些大事呢?下面請跟随中國粉體網小編回顧一下。

一、政策與标準化動态

石墨烯散熱材料等9種材料入選工信部《重點新材料首批次應用示範指導目錄(2019年版)》

在工信部公布的《重點新材料首批次應用示範指導目錄(2019年版)》中,高效能石墨烯散熱複合膜、石墨烯改性防腐塗料、石墨烯改性潤滑材料、石墨烯散熱材料、石墨烯發熱膜、石墨烯導熱複合材料、石墨烯改性無紡布、石墨烯改性電池、石墨烯改性發泡材料等9種石墨烯材料入選。

我國首個石墨烯國家标準出爐

由泰州巨納新能源有限公司牽頭起草的我國首個石墨烯國家标準GB/T30544.13-2018:《納米科技術語第13部分:石墨烯及相關二維材料》正式發布。該标準也是二維材料領域的第一個國家标準。泰州巨納新能源有限公司是國内最早從事石墨烯研究、檢測、應用、标準化工作的公司之一。

中國石墨烯标準化推進工作組最新調整!

為加強标準化對石墨烯産業的支撐和引領,繼續深入推動石墨烯領域标準化工作開展,市場監管總局标準技術司對2016年成立的石墨烯标準化推進工作組的組成進行了調整。調整後的石墨烯标準化推進工作組由政府部門、石墨烯研發企業、經營單位、使用單位、科研院所等單位的53名成員組成,秘書處由冶金工業信息标準研究院承擔。據公開文件顯示,石墨烯标準化推進工作組下設四個專業組,分别為通用基礎專業組(TG1)、表征與測量專業組(TG2)、環境安全健康專業組(TG3)、産品規範專業組(TG4)。

二、制備與應用研究

浙江大學高超教授團隊實現石墨烯導熱膜的快速連續化制備

浙江大學高超、許震團隊在前期工作的基礎和對前人工作的學習借鑒上,提出連續化電焦耳熱還原策略,設計并制備了基于輥對輥的電熱裝置,實現了石墨烯導熱膜的快速連續化制備,整個制備過程僅用時1h,能耗低于3KW。所制備的石墨烯薄膜結構均勻,取向性好,并且導熱率達1285W/mK,導電率達4.2×105S/m。将制備的石墨烯導熱膜用于LED燈的熱管理,可以顯著降低LED燈背闆的溫度,這對于提高LED燈的安全性能和延長使用壽命具有重要意義。

上海微系統所在石墨烯單晶晶圓制備方面取得進展

信息功能材料國家重點實驗室研究員謝曉明領導的石墨烯研究團隊首次在較低溫度(750℃)條件下采用化學氣相沉積外延成功制備6英寸無褶皺高質量石墨烯單晶晶圓。

蘭州化物所在多孔石墨烯的制備及應用方面取得系列進展

中國科學院蘭州化學物理研究所研究員邱洪燈帶領的手性分離與微納分析課題組率先利用水滑層不完全覆蓋氧化石墨烯部分燃燒策略,開發了一種簡單、快速、高效、低成本制備多孔石墨烯的新方法。結果表明,通過控制鹽模闆的含量可以實現多孔石墨烯孔徑的精确調控。此外,研究人員還通過真空抽濾法制備出多孔石墨烯分離膜,實現了鈉、鉀離子的高選擇性分離。

我國科學家制備出單層石墨烯納米帶

天津大學封偉教授團隊通過含氟自由基切割單壁碳納米管,在世界範圍内首次制備出單層石墨烯納米帶,所申請的國際專利也獲得授權。這是中國科學家首次通過一步法獲得單層石墨烯納米帶,其作為原電池正極材料能量密度較進口産品可提升30%。

借鑒折紙術中國科學家實現最小尺寸石墨烯折疊

陳輝博士等人實現了對石墨烯納米結構的原子級精準的可控折疊,構築出一種新型的準三維石墨烯納米結構。該結構由二維旋轉堆垛雙層石墨烯納米結構與一維的類碳納米管結構組成。這項工作在國際上首次實現了世界上最小尺寸的、原子級精準控制的、可以按需定制的石墨烯折疊。

劉忠範和彭海琳課題組在Nature Materials發表綜述:石墨烯制備決定産業化未來

劉忠範課題組和彭海琳課題組應邀在國際著名刊物《自然-材料》(Nature Materials)上發表題為“石墨烯産業化-制備決定未來”的綜述文章“Synthesis Challenges for Graphene Industry. Li Lin, Hailin Peng*, Zhongfan Liu*, Nature Materials 2019, 18, 520”,從石墨烯産業化的現狀和存在的問題等方面進行了深入的探讨分析,并提出了“标号”石墨烯的概念和石墨烯未來可能的“殺手锏”級應用。

中科院蘇州納米所在石墨烯氣凝膠領域取得重要進展

針對石墨烯氣凝膠目前存在的問題,中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張學同研究員領導的氣凝膠團隊通過“局部氧化刻蝕”在氧化石墨烯片層上進行造孔,獲得孔洞氧化石墨烯,随後将孔洞氧化石墨烯與還原劑分散液高度濃縮,實現其液晶化,進一步經原位溶膠凝膠及超臨界幹燥獲得各向異性“孔洞石墨烯”氣凝膠。

耐1000℃高溫抗-269℃極寒 南開大學團隊研獲石墨烯“太空海綿”

南開大學化學學院陳永勝教授團隊研獲了一種新型三維石墨烯材料,可在4K(約-269℃)深低溫到1273K(約1000℃)高溫區間保持良好的穩定性和高彈性。這種新型“太空海綿”在極端條件下的生産與實驗、航天裝備制造等領域具有良好應用前景。介紹該成果的論文發表于國際知名學術刊物《科學進展》(Science Advances)上。

新巴兩國合作開發铌石墨烯新應用

據BNAmericas網站報道,巴西铌業巨頭CBMM公司與新加坡2D材料公司(2DM)簽署協議,雙方将籌集資金推進2DM公司高性能石墨烯材料的新應用研發。另外,還計劃将2DM公司試驗廠的石墨烯産量擴大10倍,實現石墨烯生産的商業化。2DM公司首席執行官帕特裡克·蒂森尼(PatrickTeyssonneyre)表示,很高興與CBMM公司合作。幾十年來,CBMM公司一直緻力于開發铌産品的高附加值應用,铌與石墨烯結合可以開發出新的應用,比如防腐塗料和動力電池。

钛酸鈉碰上石墨烯,開發高能量、高功率微型電容器

中科院大連化物所研發團隊将海膽狀的钛酸鈉作為電池型的負極,多孔活化石墨烯為電容型的正極,結合高壓離子液體凝膠電解液,成功構建出柔性化鈉離子微型超級電容器。他們通過電池型負極和電容型正極的有效耦合,使鈉離子微型超級電容器能夠在3.5伏的高壓下穩定工作,高能量密度達到37.1毫瓦時/立方厘米,并形成超低的自放電速率。

石墨烯“打底” 我科學家制備出高速晶體管

中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心先進炭材料研究部科研人員首次制備出以肖特基結作為發射結的垂直結構晶體管“矽—石墨烯—鍺晶體管”,成功将石墨烯基區晶體管的延遲時間縮短了1000倍以上,并将其截止頻率由兆赫茲(MHz)提升至吉赫茲(GHz)領域,未來将有望在太赫茲(THz)領域的高速器件中應用。該研究成果在《自然·通訊》上在線發表。

國防科大打造史上最薄石墨烯燈泡,有望用于未來手機屏幕和芯片

來自國防科技大學前沿交叉學科學院的秦石喬教授、朱夢劍博士和徐威博士團隊與諾貝爾物理獎得主康斯坦丁·諾沃肖諾夫教授團隊合作,利用石墨烯,研制出了有史以來最薄的電燈泡,厚度0.34納米,僅為頭發絲直徑的三十萬分之一。這一研究成果将開辟石墨烯的全新應用!并于8月2日在光學領域著名期刊ACS Photonics雜志上在線發表。

中英聯手攻關懸浮石墨烯傳感芯片

作為石墨烯發源地、全球石墨烯科研中心的英國曼徹斯特大學,将與東旭光電等合作,緻力于懸浮石墨烯傳感芯片産品的研發和商業化應用推廣。中國科學院院士、北京石墨烯研究院院長劉忠範說,懸浮石墨烯傳感器技術應用無論在學術界還在産業界均屬首例。雙方合作有望帶來開啟全球石墨烯産業化應用面向全新時代的标志性産品。

二元石墨烯結構:編織結實高效的海水淡化膜

武漢大學/湖南大學袁荃和美國加州大學洛杉矶分校段鑲鋒等人在《科學》上發表文章,介紹了該課題組制作的石墨烯納米篩和碳納米管相結合的二元結構石墨烯薄膜,該薄膜兼具前者的選擇性分離效率和後者的強度優勢。袁荃等這次制成的新型石墨烯納米篩/碳納米管薄膜不需要聚合物支撐就結實耐用,并兼具多種滲透效率優點,為石墨烯應用于海水淡化打開了一條新的思路。若解決量産問題,未來人們或将能喝上“石墨烯淡化水”。

研究發現石墨烯-生物膜超級結構及遞藥新模式

中國科學院過程工程研究所與清華大學合作證明了二維材料氧化石墨烯能夠與細胞膜形成三明治超級結構,并實現藥物在膜磷脂層内的有效運輸,開辟了藥物精準遞送新模式,為生物醫藥全新劑型的設計和新型納米粒子的應用提供了方向。

重慶研究院在高靈敏石墨烯觸覺傳感領域取得進展

中國科學院重慶綠色智能技術研究院與新加坡國立大學合作,研制了三維微納共形石墨烯柔性力敏電極,并應用于高靈敏柔性壓容式觸覺傳感。研究人員通過有限元仿真分析發現,微結構化共形石墨烯電極更易獲得電容式力學傳感器中的極闆間距和等效介電常數變化。通過對三維共形石墨烯電極的特征尺寸的可控構築,課題組實現了高靈敏(7.68kPa-1)、快響應(30ms)、低檢測極限(1mgF)、低遲滞的柔性電容式觸覺傳感器,主要指标已超越了人類觸覺感知水平。

上海複旦大學攻克高質量石墨烯散熱膜技術

記者從複旦大學高分子科學系盧紅斌教授課題組了解到,該課題組完成的高質量石墨烯散熱膜制備及應用項目将為國内外客戶提供石墨烯散熱膜産品。該散熱膜有望取代現有高能耗、高成本的聚酰亞胺(PI)人工石墨膜産品,為可穿戴設備、柔性顯示、高功率武器裝備等提供新的散熱解決方案。

大連化物所石墨烯氣凝膠應用于高體積比能量锂硫電池研究獲進展

中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件創新特區研究組研究員吳忠帥團隊發展了一種三維石墨烯/納米碳管多孔氣凝膠材料,并将其應用于锂硫電池的硫單質載體和中間層一體化正極,獲得高體積能量密度和優異循環穩定性的锂硫電池。相關研究成果發表在《納米能源》(Nano Energy)上。

石墨烯又一重磅研究:助力甲狀腺結節治療,拓展臨床新應用

由烯旺新材料科技股份有限公司主辦的醫療戰略研讨會暨新品發布會上,發布了一項針對甲狀腺結節治療的石墨烯溫熱療法研究成果,結果顯示,石墨烯熱療法可縮小良性甲狀腺結節的最大直徑和最大橫截面面積,對甲狀腺功能無明顯影響,具有良好的應用前景,該研究結果發表在《中國醫學物理學雜志》上。

三、市場與産業化進展

我國石墨烯産業規模超百億元 應用場景逐步拓展

中國經濟信息社在常州發布的《2018—2019中國石墨烯發展年度報告》(下稱《年報》)顯示,我國石墨烯産業前景廣闊,産業規模持續增長。據中信證券統計,2018年我國石墨烯産業規模約為111億元,較2017年增長41億元,同比增長58%。2018年以來,石墨烯粉體和薄膜的生産規模進一步擴大。粉體方面,常州第六元素、青島昊鑫、甯波墨西等多家企業已擁有國内領先的石墨烯粉體生産線。薄膜方面,長沙暖宇新材料科技公司年産量100萬平方米的石墨烯膜生産線已開建,預計建成後将成為國内第二大石墨烯膜生産線。

《年報》分析,随着石墨烯粉體和薄膜研發生産技術的成熟和市場規模的擴大,我國在複合材料、大健康、電子信息、儲能等方面的石墨烯應用已起步。《年報》認為,未來石墨烯在新能源汽車、海洋工程、能源發展、高端裝備、環境治理等領域的應用将進一步深入,石墨烯市場規模将不斷擴大,有望成為各個細分領域不可或缺的部分。

東旭光電發布國内首款石墨烯基叉車锂離子電池

東旭光電科技股份有限公司攜子公司上海碳源彙谷新材料科技有限公司在上海發布首款石墨烯基叉車锂離子電池新品,即:“烯王”大動力電池。這是東旭光電繼8月與曼徹斯特大學攜手進軍懸浮石墨烯傳感芯片高端應用領域後,在石墨烯産業化應用領域的又一重大進展。

青島高新區石墨烯及先進碳材料産業産值明年計劃破百億

青島高新區以國家火炬青島石墨烯及先進碳材料特色産業基地為依托,以山東省石墨烯制造業創新中心為平台,正在打造石墨烯協同創新平台和石墨烯的“政、産、學、研、資、用”一體化組織合作鍊條。計劃到2020年,青島高新區石墨烯及先進碳材料産業産值将突破百億元。

中國實現紡絲級單層氧化石墨烯規模化量産

由浙江大學高超教授團隊成果轉化并建設的全球首條紡絲級單層氧化石墨烯十噸生産線試車成功。國際石墨烯産品認證中心為該生産線生産的單層氧化石墨烯及其應用産品多功能石墨烯複合纖維分别頒發了全球首個産品認證。據了解,紡絲級單層氧化石墨烯十噸生産線生産的産品單層率大于99%,能夠支撐多樣化的下遊應用。

加入石墨烯成就“王牌”鋁合金,國産大飛機、高鐵提速、汽車輕量化就靠它了

烯碳鋁合金錠坯從上海烯碳金屬基複合材料工程中心的生産線上成功下線,标志着這一複合材料的中試取得成功。這是上海市石墨烯産業技術功能型平台推出的首個拳頭産品,它解決了傳統鋁合金剛度偏低的問題,有助于我國航空、高鐵、汽車等高端制造領域步入輕量化時代。

全球石墨烯人共祝“6.6”國際石墨烯日

在當今國際形勢複雜、中美貿易戰持續升級的大環境下,石墨烯産業發展到了關鍵時期。為進一步營造有利于石墨烯産業創新發展的環境,傳遞社會正能量,用實際行動向全世界證明中國石墨烯産業發展的信心與決心,促進石墨烯産業高質量發展,經浙江大學高超教授提議,石墨烯産業技術創新戰略聯盟(CGIA)聯合國内外多家石墨烯領域産學研單位,共同倡議将每年6月6日設立為“國際石墨烯日International Graphene Day”。

石墨烯單晶晶圓亮相北京科技周 将帶動石墨烯産業飛速發展

2019全國科技活動周暨北京科技周活動在中國人民革命軍事博物館舉辦。近300項人工智能、集成電路、航空航天、智能設備、前沿材料等領域科技創新成果、科普展項和互動體驗産品等集中展示。其中,由北京石墨烯研究院(以下簡稱“BGI”)研發的4英寸石墨烯單晶晶圓獲得了廣泛關注。BGI采用常壓化學氣相沉積方法,可實現單批次25片4英寸石墨烯單晶晶圓的制備,在世界範圍内領先實現了石墨烯單晶晶圓的可規模化制備。據北京石墨烯研究院副院長魏迪介紹,石墨烯單晶晶圓是未來高性能電子器件和光電子器件領域應用的基礎材料,具有巨大的經濟前景和戰略意義。

全國首家!常州企業自主研發石墨烯粉末塗料配套中國鐵路

近期,由常州市碳索新材料科技有限公司主導的“石墨烯防腐粉末塗料在鐵路扣件中的應用研究”項目順利通過中國鐵路總公司評審,成為全國首家自主研發石墨烯粉末塗料配套中國鐵路的公司。該産品填補了石墨烯防腐粉末塗料在鐵路扣件中應用的空白,使用了石墨烯粉末塗料的鐵路扣件,相較于傳統的鐵路扣件,防腐性能提高了5倍,使用壽命從以往的1-2年提高到5年,大大節省了鐵路運維成本。

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