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石墨烯工艺瓶颈有望攻克

2014-06-18 12:38:49 经济日报

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图片说明:研究人员正在展示石墨烯制成品

石墨烯高峰论坛近日在深圳召开,石墨烯这种神奇的材料再次引发了全世界的关注。各国争相研发,期待它在触摸屏、传感器、电子通讯等领域的应用,改变人类未来的生活。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构,具有高导电、高强度、高导热等特点的新型纳米材料。专门研究、生产石墨烯的企业——唐山建华实业集团总裁孟英介绍:“石墨烯是已知的世界上最薄、最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,石墨烯材料的导电性能是铜的10倍至100倍。”

在建华实业集团生产基地,记者领略了这种“神奇材料”——石墨烯微片是一种像棉花一样的黑色絮状物,极轻,盛满一个50升的白色塑料桶仅重180克。

和很多业内专家一样,孟英非常看好石墨烯在能源领域的应用。公司的科研团队正在进行石墨烯基超级电容和电池的研发。在建华实业集团科研中心,研究人员给记者现场演示了石墨烯电容器快速充放电的实验,记者看到一小块由石墨烯制作的电池充放电只需15秒钟。

孟英介绍,石墨烯电池一旦问世,有望将电池容量增加1.5倍,充电时间缩短至几分钟,使用石墨烯基超级电容替代电池,充放电时间最短甚至可以达到几秒钟。这也就意味着,如果将其应用到电动汽车领域,不仅增加了行驶里程,而且充电比加油时间还快。

石墨烯“出道”虽短,但它是世上最薄、强度最高的材料,只有0.34纳米厚,20万层石墨烯叠加起来的厚度大概等于一根头发丝的直径。它比钻石还坚硬,强度比世界上最好的钢材还要高上100倍。该材料透光率在97%以上,石墨烯一系列神秘的特殊性让人们对它的应用充满幻想。

石墨烯在电子、航天、军工、新能源、新材料等领域有着广阔的应用潜力:凭借石墨烯优良的电学性能,它将是最具潜力取代硅制作超微型晶体管的新型材料,未来计算机的运行速度有望提高10至100倍;其轻盈坚韧的特性,又是制作超轻防弹衣、超轻飞机材料的首选;此外,这种新材料也可取代碳纤维用于船身和自行车车身;一些研究人员表示石墨烯甚至可以取代硅,用于制造电脑芯片。未来,一张石墨烯信用卡存储的信息量可相当于今天的电脑。

但以上种种可能性,都在目前的制造工艺面前遇阻。从发现至今已逾10年,石墨烯替代硅的晶体管大规模制造工艺依旧没能成型。由于石墨烯提取过程复杂,成本居高不下,目前,还没有一款石墨烯产品问世。

据了解,目前业界主要有化学气相沉积法、氧化还原法、热解碳化硅法等石墨烯批量制备技术,常见的石墨烯大部分都是由石墨片剥离而成,全球只有少数几家企业可以进行工业化生产。一克石墨烯价格在800元左右,只有将生产成本降低,才能使石墨烯更广泛地应用到各个领域中。

“我们率先研发出一种新的石墨烯制备方法,适用于低成本大批量规模生产。”孟英介绍,自去年年底,建华实业在河北省投产首条年产50万克石墨烯粉性生产线之后,目前一条年产100吨的粉性生产线正在紧张组装中,将于今年6月底正式投产。

从2009年开始,孟英和他的科研团队在石墨烯氧化还原法的基础上独辟蹊径,对已有制备技术进行了变革,终于设计出了具有自主知识产权的生产工艺和装备,使大规模生产成为现实。

孟英介绍:“年产100吨粉性生产线建成以后,我们生产的石墨烯成本将降到1克100元,成本的大幅降低,将会使石墨烯更多地应用到相关产品上。”




责任编辑: 李颖

标签: 石墨烯

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