石墨烯的研究现状

进入21世纪以来，纳米金刚石、富勒烯、纳米碳管和石墨烯等新型纳米碳材料的迅速发展引起了全世界的广泛关注。当碳材料的尺度缩小到纳米范围时，其部分物理、化学性质将发生显著变化，并呈现出由高比表面积或量子效应引起的一系列独特性能。新型纳米碳材料具有稳定性好、强度高、比表面积高和来源丰富等特点，是最具发展潜力的前沿材料，也是主导未来高科技竞争的战略材料。尽管纳米金刚石和富勒烯发现较早，但受制于量产技术和应用领域开发限制，目前仍处于实验室阶段。当前，石墨烯和碳纳米管是引发各国政府、学术、产业各界全面关注的重点新型纳米碳材料，具有一定规模的产业基础。石墨烯石墨烯不仅是世界上已知的最强、最坚硬、最薄的材料，同时也是已知材料中电阻率最小、导热系数最高的物质。石墨烯材料根据其形态与应用可以分为微片（粉体）和薄膜两类。石墨烯微片的制备方法包括氧化还原法、插层剥离法、液相剥离法、机械剥离法等；石墨烯薄膜的制备方法包括化学气相沉积法以及外延生长法等。其中，利用插层剥离法或氧化还原法制备石墨烯微片的技术已实现产业化，而以化学气相沉积法及卷对卷工艺生长和转移大面积石墨烯薄膜的技术也已取得重大突破。石墨烯材料在应用层面上的发展将会经历以下初级、中级、高级三个阶段。初级应用阶段：受制于成本因素，短时间内很难实现大规模的石墨烯单独应用，石墨烯主要用于提高其他材料的性能，有望在锂离子电池、导热材料、导电油墨、防腐涂料等领域发挥重要作用；中级应用阶段：随着高质量石墨烯量产技术逐渐成熟，石墨烯应用有望通过支持各类新型器件，在柔性显示、太阳能电池、超级电容器、膜材料、传感器、晶体管以及假体植入物等方面找到新的出路；高级应用阶段：一旦石墨烯量产化成熟，晶圆级石墨烯单晶取得突破之后，将通过系统集成，不断挑战技术突破，在技术门槛更高的未来生物医疗、高频器件以及高强度多功能复合材料等领域，有望发挥颠覆传统产业的潜力。全球研发现状2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Kostya Novoselov）第一次成功地从石墨中分离出了sp杂化的石墨烯，自此石墨烯的研究掀起了热潮。特别是近年来，英、美、德、日、韩各国以及欧盟均将石墨烯的研发上升至战略高度，各学术界和产业界纷纷发力与国家高层布局遥相呼应，正在形成技术研发和产业投资的高潮，力争把握石墨烯技术革命和产业革命的机遇。作为石墨烯的诞生国，2011年起英国政府将石墨烯定为重点发展的新兴技术，投入巨额资金，重点研究领域涉及电子信息、传感器、复合材料、储能材料以及结构材料。英国石墨烯研究基础雄厚，学术方面以曼彻斯特大学和剑桥大学为主，科研机构由英国国家石墨烯研究中心（NGI）牵头，还将于2018年建成第二个石墨烯技术创新中心——英国石墨烯工程创新中心（GEIC）。产业层面，除英国本土企业外，英国国家石墨烯研究中心还与全球约50家企业建立了合作关系，旨在将石墨烯的基础研究推向产业化。近年来，德国政府携手欧盟通过政策鼓励、资金支持充分调动国内科研机构、企业和高校的积极性，全面参与石墨烯研发项目，形成了政产学研一体的石墨烯研发网络，在石墨烯应用于光子和光电器件领域具有较强优势。此外，德国爱思强（AIXTRON）公司研发出的金属有机化学气相沉积设备标志着大规模石墨烯制备技术取得突破性进展。2013年，欧盟启动石墨烯旗舰计划（Graphene Flagship），总投资高达10亿欧元，并在一年后发布了石墨烯科技路线图。运行至今，石墨烯旗舰计划带领英、德、法、意大利、荷兰、丹麦等欧洲国家，携手推进石墨烯的研发和产业化进程，并积极促进了与全球其他地区的合作交流。美国政府在布局石墨烯的研发应用时针对性极强。国防部开展了多项石墨烯研究项目，重点是将其应用于最具颠覆传统产业潜力的更轻、更小、更快、更高频的电子器件领域，以及提高军事能力的复合材料和传感器领域，以期占据军事前沿技术的制高点。各高校和科研院所近年来积极投身石墨烯材料制备和应用领域的广泛研究。产业层面上美国呈现多元化布局，既包括IBM、英特尔（Intel）、波音（Boeing）等行业巨头，也包括一批中小型石墨烯新兴企业。韩国石墨烯制备技术和器件研究发展迅猛，政府提供了数亿美元的资金支持相关研究，主要研究机构包括部分高校以及三星电子和LG公司，在薄膜制备、光电器件、晶体管以及OLED等方面已拥有丰富的应用研究成果，并积极与英国及欧洲石墨烯旗舰计划开展合作。日本政府近年来大力支持包括石墨烯在内的纳米碳材料相关研究，经产省投资120亿日元鼓励研发。在政府的支持下，日本在石墨烯量产技术、储能应用等方面取得一定成果，试图利用石墨烯的优异性能巩固其在电池领域的传统优势。我国近年在石墨烯领域开展了大量研究，跻身世界石墨烯研究领域第一梯队，申请专利总数世界第一，在石墨烯制备、物性与应用基础探索方面获得了一批具有国际影响力的创新研究成果。科研力量主要集中在清华大学、浙江大学和哈尔滨工业大学等高校，中国科学院等科研机构以及部分企业。近年来，我国石墨烯产业也呈现蓬勃发展之势，但产品质量参差不齐，产业发展虚火旺盛。我国政府对石墨烯研究及其产业发展也给予了大力支持。《新材料产业“十二五”发展规划》中将石墨烯作为重点发展的前沿新材料。《“十三五”国家科技创新规划》中明确将石墨烯列为重点发展的先进功能材料与颠覆性技术。《中国制造2025》也明确要求做好石墨烯等战略前沿材料的提前布局和研制，并编制了石墨烯产业技术路线图。整体而言，我国在石墨烯研究领缺乏原始创新和系统创新，缺乏真正杀手锏级别的石墨烯应用技术；成果转化率较低，产业化技术水平亟需提高，产业发展质量有待加强。未来发展趋势未来，石墨烯作为国际高科技产业竞争的热点，其发展将主要从制备技术和产业化应用层面进行全面提升。制备技术上将进一步发展高质量石墨烯粉体和石墨烯薄膜的可控、绿色、低成本和大规模工业化制备技术；产业化应用上将探索广泛应用领域的发展潜力，努力发展石墨烯“杀手锏”和高性价比应用。此外，国际上石墨烯标准化推进工作也在稳步进行中。

导读最近，美国罗格斯大学新伯朗士威校区的科学家们已经研究出如何驯服石墨烯中那些“野蛮”的电子。这项研究为在新型系统中以低能量损耗超高速传输电子铺平了道路。关键字石墨烯、电子、晶体管背景石墨烯，是一种性能卓越的特殊二维材料。2004年，科学家从石墨中成功剥离出石墨烯。此后，石墨烯由于其独特的性能，一直都是科学界和工业界关注的热点。石墨烯具有单层碳原子组成的蜂窝状结构，其厚度仅有人类发丝直径的百万分之一，但强度却胜过钢铁百倍，而其导电性能比铜更好，所以非常适用于电子器件。虽然石墨烯是一种优良的导体，但是其中的电子运动得有些“野蛮”，当电子通过石墨烯时，仍然保持直线和高速，无法受到阻止和控制。这一问题阻碍了它进一步应用于半导体电子元器件。罗格斯大学艺术与科学学院物理和天文学系教授、论文的高级作者 Eva Y.Andrei 说：“如果遇到障碍，它们无法折回，必须强行通过。人们一直在想办法控制和驯服这些电子。”创新科学家们一直在努力尝试解决这一问题。美国罗格斯大学新伯朗士威校区（Rutgers University-New Brunswick ）的科学家们已经研究出如何驯服石墨烯中那些“野蛮”的电子，为在新型系统中以低能量损耗超高速传输电子铺平了道路。（图片来源：Yuhang Jiang / 罗格斯大学新伯朗士威校区）技术据 Andrei 称，她的团队希望通过具有极度敏锐的探头（如同一个原子般大小）的高科技显微镜发送电压，驯服这些“野蛮”的电子。他们通过扫描隧道显微镜发送电压，创造出一个类似光学系统的东西，而扫描隧道显微镜可提供原子级的表面3D视图。这些显微镜敏锐的探头创造出一个力场，囚禁住石墨烯中的电子，或者改变它们的轨迹，这有点类似于镜头对于光线的改变。电子被轻易地囚禁和释放，从而提供一种开关机制。她说：“你无需在石墨烯中打洞，就可以囚禁电子。如果你改变电压，你可以释放电子。所以你可以随意地抓住和释放它们。”价值Eva Y. Andrei 表示：“该研究显示我们能够以电气方式控制石墨烯中的电子。我们以前无法做到这点。这就是为什么人们认为无法制造出类似晶体管的设备（这样的设备需要石墨烯中的开关），原因是其中的电子会失去控制。”Andrei 称，现在用石墨烯制造出纳米级晶体管将不再是不可能的。迄今为止，石墨烯电子元件包括了超高速的放大器、超级电容、超低电阻率电线。石墨烯晶体管的加入，将成为朝着全石墨烯电子平台迈出的重要一步。基于石墨烯的其他应用包括超灵敏的化学和生物传感器、用于脱盐和净化水的过滤器。石墨烯也被开发出为扁平的柔性屏幕以及可绘画可印刷的电子电路。（图片来源：Tatiana Shepeleva/Shutterstock）未来Andrei 称，下一步的进展将会是在石墨烯顶层放置极细的导线（纳米线），通过不同的电压控制电子。参考资料【1】https://news.rutgers.e/taming-%E2%80%98wild%E2%80%99-electrons-graphene/20171022#.WedsEltSy70【2】http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2017.181

近日，哈尔滨工业大学化工与化学学院于淼教授课题组在石墨烯功能化方面取得了重要进展。该工作通过精细调控局域杂化模式打开石墨烯带隙，首次在原子尺度实现了石墨烯的二维长程有序功能化，为石墨烯基二维材料在电子器件和光电器件应用方面的关键难题提供了有效解决方法。相关研究成果以“通过光致环加成反应长程有序原子级调控石墨烯杂化（Long-range ordered and atomic-scale control of graphene hybridization by photocycloaddition）”为题在线发表于《自然·化学》（Nature Chemistry）。于淼教授为论文第一作者（通讯作者），哈尔滨工业大学为第一单位，哈尔滨工业大学化工与化学学科首席学术顾问、哈尔滨-奥胡斯多尺度表界面国际研究中心（HAISI）荣誉主任弗莱明·贝森巴赫院士为共同通讯作者。【来源：哈尔滨工业大学】声明：转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本网联系，我们将及时更正、删除，谢谢。 邮箱地址：newmedia@xxcb.cn

纳米科学：石墨烯取得了突破性进展！2015年的石墨烯周充满了出色的研究成果，但在这次Graphene旗舰会议上，一次演讲引起了不小的轰动。总部位于斯图加特的工程公司博世的罗伯特·罗尔弗（Robert Roelver）周四报道称，公司研究人员与马克斯 - 普朗克固态研究所的科学家一起创造了一种基于石墨烯的磁传感器，其灵敏度比同等产品高100倍。基于硅的器件。博世长期以来一直参与传感器技术，尤其是汽车行业。2008年，该公司将压力，加速度和陀螺仪运动传感器扩展到地磁，温度，湿度，空气质量和声压设备，包括用于移动电话等消费电子设备。Roelver指出，博世是全球第一大微电子机械传感器供应商，销售额为10亿欧元。对石墨烯是否能够实现新应用和改善传感器性能感兴趣，博世一直在研究在其压力，磁力，湿度，气体和声压设备中使用二维材料。第一步是研究制造方法，石墨烯器件制造的自上而下的方法，如机械和化学剥离，不能在商业规模上发挥作用，因此博世的重点是自下而上的技术，如碳化硅的热分解和化学气相沉积到金属表面。后者当然适合大规模生产，前者可能如此，Roelver提醒说，基于石墨烯的传感器应用需要5到10年才能与现有技术竞争。这是由于目前缺乏大规模基于晶片和无转移的合成技术，博世和马克斯 - 普朗克的研究人员考虑了各种基板，在磁传感器的情况下，他们使用六角形氮化硼。这是出于成本和技术性能的原因。博世的磁传感器基于霍尔效应，其中磁场在移动的电荷载流子上产生洛伦兹力，导致偏转和可测量的霍尔电压。传感器性能由两个参数定义：（1）灵敏度，其取决于载流子的数量，以及（2）功耗，其与载流子迁移率成反比地变化。高载流子迁移率使得石墨烯在这些应用中非常有用，博世领导的团队所取得的成果证实了这一点。比较和对比材料，Roelver在他的Graphene Week演示中表明，最坏情况的石墨烯场景大致与硅参考相匹配。在最好的情况下，结果是对硅的巨大改进，对于给定的霍尔灵敏度，源电流和功率要求要低得多。简而言之，石墨烯提供了具有低功率和占位面积要求的高性能磁传感器，就硬数而言，Roelver所展示的显着成果集中在硅基霍尔传感器与Bosch-MPI石墨烯器件的灵敏度之间的直接比较。硅传感器的灵敏度为每安培特斯拉70伏特，而氮化硼和石墨烯器件的灵敏度为7,000。这是令人惊讶的两个数量级改进，因此在石墨烯周会议厅的反应。在总结了这一令人惊叹的研究成果之后，Roelver高调地总结道，强调博世非常重视石墨烯作为未来的商业技术，我们很高兴看到Graphene Week被选为揭露这样一个重要技术里程碑的论坛，”Graphene旗舰执行委员会主席Andrea Ferrari说。“博世呼吁将石墨烯大面积整合到工业流程中，这完全符合并验证了旗舰公司计划在这个关键领域进行大规模生产设备的投资。

石墨烯是中国为数不多的位居世界发展前列的产业之一。随着近一年来下游应用“全面开花”之势的出现，二级市场资金频频对石墨烯概念“高举高打”，宝泰隆、碳元科技、方大炭素、华丽家族等相关概念股股价近期创出今年甚至历史新高。证券时报·e公司记者调研发现，经历长期滞缓阶段之后，石墨烯产业化已经走过从概念到产品的初级阶段，今年开始出现从产品到量产的新趋势。在此过程中，上游的石墨烯制备工艺趋于完备，中游的石墨烯粉体与薄膜产品越来越遭遇类似“过剩”的状态，而下游的石墨烯终端应用则“多点开花”与高低端应用的“金字塔”结构并存，同时部分成功契合市场需求点的企业终于实现或开始趋向盈利。整体来看，我国的石墨烯产业已快速起步，但产业链依然相对脆弱，石墨烯产业化的暖春时点仍未到来。反观A股超过50家石墨烯概念类上市公司，在产业化推进方面的进展并不相同，这也可以看作整个行业步调与和节奏不一的一种折射。多位业内人士接受证券时报记者采访时指出，要想尽快推进石墨烯形成一个完整产业，还需要多重合力抱团式的共振来破局。“工业味精”效用充分高端应用尚待补位“石墨烯的下游应用，前些年绝大多数只是概念，近年来不少企业已经可以能够拿出产品， 预计2年左右时间之后，应用类企业就有能力拿出量产产品了 。”哈尔滨工程大学教授、博士生导师曹殿学得出这样的结论。石墨烯走完从概念到产品之路，正式向量产之路迈进的新趋势，今年以来表现尤其明显。作为石墨烯产业化应用的典型公司，东旭光电（000413）继去年发布全球首款石墨烯基锂离子电池产品之后，公司在2017年9月24日的中国国际石墨烯创新大会上，又发布了石墨烯散热大功率LED照明系列新品；小型动力电池产品也同步亮相，在共享电单车产品上实现应用，正式切入共享单车产业链。民用消费领域的石墨烯应用也取得快速进展。以杭州白熊科技有限公司为例，该公司去年获得6600万元天使轮投资，目前估值已经接近5亿元。公司CEO向联合对记者介绍说，白熊科技先后在石墨烯取暖建材、大健康产品和石墨烯智慧农业三大板块进行石墨烯下游应用布局，今年将发力全国铺设百家经销店推广相关产品。向联合说：“此前经过4、5年的时间，石墨烯下游应用从概念走向产品；这两年内，石墨烯产品量产陆续出现；未来2-3年，将是石墨烯产品量产将进入加速阶段，其推进速度可能会大大快于预期。”“经过多年的产业积累，依靠‘烯’的作用而非‘石墨’的作用生产出来的产品已经越来越多。” 中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春对 证券时报·e公司记者 表示 ，从下游应用角度看，锂离子电池电极材料、传感器、半导体器件、触摸屏、防腐涂料、海水淡化、水污染治理以及军工装备等领域都已开始应用石墨烯。其中，工业行业借助石墨烯材料的添加以求提升传统产品性能，从而重新建立行业技术壁垒，推进产业升级；民用消费领域也实现了大幅拓展。“解决其他材料无法办到的事情，是石墨烯的真正使命。”对于工业应用和民用消费领域的差异，向联合分析指出，销往工业B端客户的石墨烯产品通常为中间产品，民用石墨烯产品则是名副其实的商品。在其看来，随着中产阶层“概览型社会”的演进，后者的市场空间相对更为广阔。一个值得注意的现象是，虽然石墨烯应用“多点开花”，但高端应用依然缺位。哈尔滨工程大学教授曹殿学举例说，虽然早有企业生产出石墨烯手机屏，但是依然难于量产；而利用石墨烯应用于高端电路等领域的企业在中国也还没有出现。“低端应用可以发挥石墨烯‘工业味精’的作用，这将对传统产业升级产生积极影响；我们更希望通过10年左右时间，实现石墨烯在高端应用领域有所突破。”既然石墨烯下游应用和产业化在加速推进，为什么高端应用却持续缺位呢？“这并非是石墨烯本身的性能不行，而是技术还没有达到这一阶段。”曹殿学分析，“目前从事石墨烯下游应用的多数为中小民营企业，对于它们来说，生存还是第一问题。受制于高端应用的长期高投入及高风险，中小型民营企业在高端领域少有布局，实力雄厚的大型国企对石墨烯这一新材料也缺乏积极性。”李义春对此指出，“与国外相比，中国企业在石墨烯高端应用上的投入差距巨大，相关的高端研发技术落后三年，研发成果已落后五年。”但他同时表示，前期研发投入资金量大且周期长，是新材料产业发展的规律。产业发展是一个渐进的过程，从一开始的初级产品到以后的高端产品，需要经过一定的阶段。民用消费应用市场空间巨大、工业化应用快速推进、高端应用相对缺位，这使中国石墨烯产业化的推进呈现出类“金字塔”结构。虽然整体来看下游应用市场发展迅速，但依然没有石墨烯制备企业想象中来得快。9月26日，传统煤化工公司宝泰隆（601011）股价涨停。公司近年来确立了以石墨烯为核心的石墨及石墨深加工业务方向，目前拥有150吨的石墨烯制备生产线，产品最优程度已经可以达到1-3层。公司董事长焦云对证券时报·e公司记者坦陈，公司石墨烯产品虽然已经达到量产，但在销售方面还是缺乏市场，所以尚未大规模生产。“石墨烯如果生产出来很长时间不用，就会出现“团聚”现象、粘在一起。”而对于公司产品价格，焦云透露，目前1-3层的石墨烯产品仅为每克20元左右。曹殿学因为高校工作原因，接触了更多的石墨烯制备企业。他介绍说，目前的石墨烯产品，从5元一克到300元一克的都有，价格差异主要取决于制备方法、所需要的大小尺度、所需产品批量等。整体来看，物理法要比化学法每克便宜约5元。石墨烯粉体成为石墨烯产品价格下降的典型代表。根据公开资料，国内主要石墨烯生产厂家数年前刚钢制备出石墨烯时，每克最高售价高达3000元-5000元，到2015年售价为每吨300万元，同等级产品2016年已降到56万元/吨，合0.56元/克。与石墨烯的价格下滑形成鲜明对比的是，一些“外延产业”价格飞涨。以石墨电极为例，方大炭素由于产品价格大涨使公司今年上半年净利润增幅超过26倍，股价也在7月到8月之间飙升3倍。但业内指出，“石墨烯与石墨电极相差甚远，生产石墨电极的企业今年大多赚得盆满钵满，而石墨烯企业却全部处于亏损之中。”为什么前些年价比黄金，这两年却出现了明显下跌呢？这与市面上石墨烯生产商数量的增加、企业批量化生产能力的提高、生产技术及工艺的升级等都有密切联系，但与下游应用“空有产量，没有市场”导致的石墨烯存量累积也密切相关。多位业内人士认为，下游应用尚未全面铺开，使石墨烯制备产能出现一种类似“过剩”的特征。“但这并非真正意义上的过剩。”焦云分析说，由于石墨烯是新的材料之王，还处于适应、研发、推广阶段。所有应用都不是简单加入石墨烯进去就可以，还需要看功效是否能发挥出来。因此，这还需要给行业发展一定的时间。如何利用下游产业化应用的快速推进，来助力制备企业的健康运营和整个产业链的良性发展，已经成为摆在业界面前的新课题。向联合认为，石墨烯应用端的作用非常重要。“先有市场，后有工厂。只有解决了应用端，才能推动上游原材料产业的发展，从而带动整个石墨烯产业链进入良性循环。”但原料价格的下跌也对下游的产业化推进带来积极影响。在李义春看来，这种上游“过剩”和下游产业化尚未铺开，其实是符合产业规律的。“产业必须现有原料为基础，然后才能进行下游的产业化过程。这种‘过剩’是一个正常的产业发展过程。”“幼稚产业”盈利难题待解产业化提速或推动行业洗牌石墨烯产业化仍处于初级阶段，但呈现加速推进趋势，在“概念-产品-量产”的三部曲中，已经逐步走入下半程，这可以视为中国石墨烯产业化目前阶段的概括。如果从盈利角度考量，石墨烯产业链公司距离“走出深巷”还有差距，绝大多数企业一直处于亏损状态。从这个角度说，石墨烯产业化的春天还尚未到来。二级市场中的石墨烯概念龙头公司华丽家族（600503）旗下拥有重庆墨希和宁波墨西等相关石墨烯材料及下游衍生品开发研制销售业务的平台，虽然公司已经筹备了多年转型，但是2017年半年报显示，房产建筑营收规模仍然占到公司总营收的98%以上；宁波墨西和重庆墨希上半年则分别亏损840万元和223万元。华丽家族坦承，因为受市场需求影响，公司尚未广泛与下游产业链建立长期稳定的合作关系，未达到预计的销售规模，同时也涉及到资金等因素的影响，故尚未形成盈利。新三板石墨烯类挂牌公司也同样遭遇业绩遇冷。根据wind统计数据，目前挂牌新三板的企业中，主营业务与石墨烯相关的企业超过20家，且3家企业融资金额突破亿元。然而，超过半成企业仍是亏损，且3家企业亏损额超过千万元。多位业内专家都把石墨烯称为“幼稚产业”。有研究人士表示，从整体产业链的布局来看，目前大多数企业布局在上游（石墨烯制备）及中游（石墨烯粉体、石墨烯薄膜），下游应用则尚未完善，导致石墨烯相关业务难以盈利，目前石墨烯概念上市公司呈亏损状态，加上未来下游应用技术研发的不确定性，相关公司在石墨烯产业上的成长性有待商榷。那么，石墨烯下游企业实现盈利的难点到底在哪里呢？经过数年的石墨烯产业布局，东旭光电副总经理、明朔科技董事长王忠辉认为，市场推广方面的考验最大。“石墨烯产业化的推动实际上是很累很苦，如果没有恒心和实力，很难做起来。尤其在市场推广方面，客户通常都非常谨慎，作为新技术，需要逐渐导入，这使公司产品不能快速放量。”他举例说，石墨烯基锂离子电池产品在大批量导入之前，都会涉及到客户的尝试和了解；石墨烯散热大功率LED照明产品在推广时也面临同样问题，通常需要先在几条马路上做起来，客户跟踪一段时间以观察效果。这导致无论免费模式还是收费模式，前期的量都不大。推广应用阻力重重，已经成为几乎所有石墨烯产业链企业的感受。有石墨烯涂料制造企业负责人对记者表示，虽然石墨烯涂料的寿命会比普通涂料提高3倍，但是和国际涂料巨头产品20多年的应用检验相比，石墨烯涂料的应用时间明显不够，高铁等制造商不敢轻易采购。“这使石墨烯产品的推广更像一种‘囚徒困境’——没有应用，就无法证明自己的产品有效，而不能证明自己的产品有效，就无法在市场上得到进一步应用。”对于石墨烯业务板块短期盈利不高的深层原因，王忠辉对证券时报 ·e公司 记者分析，“公司其实也可以布局某些可以快速实现收入和盈利的下游应用，但我们认为，企业最应该做的，是进行前瞻性培育，而业务板块布局需要服务于企业的战略性安排。”王忠辉举例说，新能源汽车产业已经上升为国家战略，而具备快充功能的石墨烯基锂离子电池有望对整个新能源汽车产业带来重大影响，解决中国新能源汽车产业发展中的核心掣肘因素，这才是东旭光电最值得做的事情。因此公司近年通过投资并购等形式不断切入新能源汽车产业链。“进行新能源汽车及石墨烯产业布局，可以使东旭光电实现远近结合、错位发展。”曹殿学也分析指出，整体来看，石墨烯下游面临“低端应用推广困难，高端应用研发薄弱”的双重尴尬。“但从某种意义上说，石墨烯下游应用能否打开，商业化应用能否提速，将决定着石墨烯企业，乃至整个产业的未来。”由于石墨烯下游应用业务短期难于盈利，多数上市公司采取的办法是，利用其他产业反哺石墨烯板块。以华丽家族为例，虽然公司确立了以科技投资为发展方向，但也以金融投资为利润平衡器，以熨平科技项目的利润波动。业内的普遍观点是，应该给新兴产业盈利以一定的时间周期。王忠辉认为，石墨烯产业化应用的困难折射出新兴产业发展的必然规律。“我们需要留出足够的时间进行培育，而不是拔苗助长，否则会把产业搞得一团糟。东旭光电对此的做法是，把石墨烯产业化推进看作一个长期工作，通过生态方式加速产业化进程。”国家纳米科学中心主任刘鸣华也分析，从同与碳元素相关的碳纤维的产业化过程来看，1961年日本就发现了碳纤维，1971年开始进行小规模工业化生产，但一直到了21世纪碳纤维产业才真正发展起来。“在碳纤维真正盈利之前，日本投入了1400亿日元，相当于100亿人民币，之前一直在亏损，40多年之后才真正盈利。但如今来看，全球碳纤维产量已经实现了扩张迅猛，目前已经达到30万吨左右。”从中观来看，石墨烯产业链企业距离整体盈利还有差距，但记者调研发现，随着石墨烯产业化的快速推进，盈利难的坚冰已经出现松动。李义春向记者证实，尽管短期难以盈利仍是多数企业的常态，但是也确实开始出现部分企业逐步实现赚钱，或者已经处于盈利的边缘。“带来这种差别的主要原因是，需要企业找准市场，并及时进入。”白熊科技CEO向联合预计，在下游产业链耕耘三年后，该公司有望明年下半年实现扭亏为盈。“在石墨烯建材和大健康产品平稳发展的基础上，公司最为看好石墨烯智慧农业业务板块对业绩的拉动作用，这与中国城镇化发展到一定阶段后中产阶级对健康、环保的重视程度提高密切相关。”这种盈利状况的分化，有望给刚刚兴起的石墨烯行业带来洗牌。李义春认为，随着产业化的推进，部分石墨烯企业必然面临出局，包括被并购和被淘汰等多种形式。“我个人的初步判断是，出局企业的比例或为三分之一左右，这个比例与互联网产业相比已经非常低了。”产业链条整体脆弱多维度抱团式破局虽然石墨烯产业化整体仍面临诸多障碍，但并没有妨碍业内对这种新材料及其应用市场的乐观预期。华丽家族在2017年半年报中明确表示，石墨烯材料在中国已经形成初步研发成果，中国各地方政府相继推出创新联盟、产业基地等形式扶持石墨烯产业的发展。在这一背景下，虽然石墨烯应用下游市场尚未完全打开，未来石墨烯行业有望迎来高速发展。而面对未来乐观预期与现实诸多掣肘因素的对立，上下游企业之间的“抱团式”前行已经成为一种典型路径。通过利益捆绑，将多方动能最大化，以借此破解石墨烯产业化瓶颈。产学研结合成为可行路径之一。宝泰隆9月26日发布公告，与中科院苏州纳米所南昌研究院签订合作协议，双方拟各自出资1000万元共建石墨烯应用技术联合工程中心。公司认为，合作协议的签署有利于公司加强石墨烯领域下游产品的开发、生产及市场开拓，推动公司转型升级及石墨烯产业高效快速发展。借助融资优势进行外延式投资并购也是一种典型方式。焦云指出，宝泰隆目前的石墨烯产品还处于产品开发阶段，销售较少，只有数十万销售额，且不少是送给客户做实验，但从长远来看可以助力石墨烯产业的发展。“公司经过数年的准备和祭奠，如果某个企业即将实现石墨烯产业化，宝泰隆可以缺钱给钱，缺石墨烯给石墨烯。”第六元素也已参股了十数家下游企业，以拓展石墨烯应用。公司人士表示，参股后，可以更好了解客户对产品的需求、价格承受、应用领域等，从而加深与下游客户的合作，协助推出基于石墨烯材料的新型产品。东旭光电更是在石墨烯领域动作频频，近年来先后收购了明朔科技等多家石墨烯应用企业，并成立了相关产业基金。“东旭光电可以看作业内在石墨烯领域最舍得投资的企业。”王忠辉介绍说，公司的石墨烯业务是采用“内生+外延”双轮驱动的方式。“与主业关联度高的通过控股方式进入，与主业关联性不强的项目则依靠石墨烯投融资平台参与进去。这种多点布局的方式，不仅可以分担风险，还可以加快整个石墨烯产业化的进程。”并购的最终目的是打造闭环生态。王忠辉表示，“从石墨烯材料到石墨烯基锂离子电池，最终到新能源汽车，公司希望闭环生态来推动整个产业的发展。”据悉，为整体推进旗下平台的产业化，公司不排除未来成立东旭石墨烯研究院，进一步整合现有资源。川财证券相关分析师认为，对于石墨烯这种新材料产业而言，最好的商业模式是可以将石墨烯粉体、薄膜生产以及石墨烯应用相结合的模式，在形成闭环的同时，还可以控制石墨烯质量。在石墨烯产业化破局的关键时期，除了以企业为主导进行上下游产业链的连接之外，中外优势的连接和互补也被业内看作破解产业化困局的有效路径。李义春说，“相比与中国的商业化产品而言，国外很多都还只是实验室阶段的样品或者小批量产品。但整体来看，包括日韩和欧洲地区的部分国家在内，由于财政支持力度很大，这些国家在研发方面比中国更为细化，因此，有必要建立全球石墨烯产业发展共同体，强强联合，优势互补——中国有市场，其他优势国家有技术，采用联合方式，可以更好推动石墨烯产业的发展。”为此，中国石墨烯产业创新联盟已经做出近期的业务主线部署。其一，联合各地政府，搭建产业化应用平台，建立应用示范基地。其二，是借助“一带一路”的契机，推动包括国外在内的技术汇聚在中国。除了“合力效应”之外，顶层设计层面的努力也在有序推进。记者从知情人士处获悉，工信部正在酝酿成立石墨烯行业协会，以统筹整个产业的健康发展。有业内人士建议，我国的石墨烯产业应该在上游原材料的开发部署、石墨烯加工和应用领域的市场引导、石墨烯技术研发等三方面做好规划，优化产业政策设计，突破产业制约瓶颈，构建良好的市场发展秩序环境，推动石墨烯应用开发和产业化的真正破局。（编辑：刘骏）戳这里，下载e公司APP锁定上市公司实时资讯！

自从石墨烯面世以来，受到各国的关注，天才曹原也是将石墨烯的名气变得更叫的响亮，作为石墨烯出世后的产品“石墨烯地暖”也是紧跟父辈的步伐，逐渐的在暖通界小有名气了，不过都是好坏参半，让别人也不知道如何去真正的理解这个产品，今天就石墨烯地暖这个事来聊一聊，到底是个套路还是满满事实。一脸茫然套路还是事实？1、石墨烯地暖通电后发出5-15微米的远红外光波，这个事情说实话，5-15微米的远红外光波你是看不到的，看不到就容易被人误导，什么样的误解都有，你只要一说，别人就说你看到了吗？你反对的话语就吞肚子里面了，毕竟眼见为实嘛！眼见为实可是你看不到仪器可以看到呀！专业测试的机器就能看到，我们只需要看证书就可以了，毕竟机器不骗你吧！另外在医院的时候，医院的护士姐姐会用红外光照射，促进组织生长，这个就不骗人了吧！如果你从小到大都没进过医院，就当小编什么都没说。2、石墨烯地暖节能，这个事情也说实话，石墨烯地暖它妈“石墨烯”以1°左右的“魔角”差异叠在一起，并通过门电压调控载流子浓度，成功实现了能带半满填充状态下的绝缘体，继而实现1.7 K的超导电性，这个不假吧，况且石墨烯地暖都有相应的检测证书，这个比空口打哈哈要实在的多，白纸黑字比随口讲具有说服力。石墨烯3、石墨烯地暖“好”贵，这个“短语”用的太多了，吓跑了好大一部分需要采暖的人，可是你要理解，都贵成这样，石墨烯地暖厂家为什么还在生产，生产出来卖给谁，不是自己作死吗？你只要好好想想就能明白了，为什么石墨烯地暖的广告一个比一个打得都猛。4、石墨烯地暖的电磁辐射，这个问题其实好理解，石墨烯地暖肯定有电磁辐射，他的辐射对人体是安全的，据测试比手机的辐射低太多太多了，说没有辐射肯定不正确，相关的视频搜搜“度娘”就知道。5、另外就是概念混淆的一些传说。石墨烯地暖就是碳晶地暖，这个其实就是一个技术是否先进的混淆，石墨烯地暖是技术先进的东西，碳晶地暖是低一个级别，可以这么区分，毕竟石墨烯地暖它妈石墨烯也是“碳”生产的#石墨烯#，如同火车有“烧煤炭”的火车，也有如今的“和谐号”火车。

什么是复合材料？复合材料(也称为复合材料，或简称复合材料)是将两种或两种以上具有不同性能的材料组合而成的具有独特性能的最终材料。这些材料不会混合或溶解在一起，但在最终的复合结构中仍然是不同的。复合材料可以被制成比传统材料更强、更轻或更耐用，因为它们从组合不同的组件中获得了性能。大多数复合材料由两种材料组成——基体(或粘结剂)包裹着纤维团或较强材料(钢筋)的碎片。这种结构的一个常见例子是玻璃纤维，它是在20世纪40年代发展起来的，是第一个现代复合材料，目前仍在广泛使用。在玻璃纤维中，玻璃的细纤维被编织成各种各样的布，在塑料或树脂基体中起增强作用。虽然复合材料并不是一个新概念(例如，由嵌入稻草片的干泥制成的泥砖，已经存在了数千年)，但最近的技术带来了许多令人兴奋的新复合材料。通过对基体和钢筋的精心选择(以及将它们组合在一起的最佳制造工艺)，有可能创造出明显优越的材料，具有适合特定需求的定制性能。典型的复合材料包括水泥、混凝土等复合建筑材料、不同金属复合材料、塑料复合材料和陶瓷复合材料。复合材料是如何制成的？影响端部复合材料成型的三个主要因素是基体、钢筋和制造工艺。作为基体，许多复合材料使用树脂，这是热固性或热固性塑料(因此得名“增强塑料”往往给他们)。这些聚合物将增强层连接在一起，有助于确定最终复合材料的物理性能。热固性塑料一开始是液体，但加热后变硬。它们不会回到液体状态，因此即使在极端暴露于化学品和磨损下，它们也很耐用。热敏塑料在低温下是硬的，但在高温下会软化。它们不太常用，但具有有趣的优点，如原材料的保质期长和回收能力。还有其他基体材料，如陶瓷、碳和金属，用于特定的用途。随着时间和技术的发展，增强材料的种类越来越多，但最常用的仍是玻璃纤维。先进的复合材料倾向于使用碳纤维作为增强材料，碳纤维比玻璃纤维更强，但也更昂贵。碳纤维复合材料强度高，重量轻，用于飞机结构和运动装备(高尔夫球杆和各种球拍)。它们也越来越多地被用来代替代替人类骨骼的金属。一些聚合物是很好的增强材料，并有助于制造出强度高、重量轻的复合材料。制造过程通常涉及模具，在模具中首先放置钢筋，然后将半液态基体喷淋或倒进去形成物体。传统的造型工艺是手工完成的，尽管机器加工正变得越来越普遍。其中一种新方法被称为“拉挤”，它是制造直的、截面恒定的产品的理想方法，就像不同种类的梁一样。薄或复杂形状的产品(如曲面板)是通过在模具上应用充满基体材料的编织纤维增强片来构建的。先进的复合材料(如飞机上使用的那些)通常由夹在两片碳纤维增强复合材料之间的蜂窝塑料制成，具有高强度、低重量和抗弯刚度。哪里可以找到复合材料？复合材料具有许多明显的优点，可以制成轻质、坚固、耐腐蚀、耐热、灵活、透明、更符合具体需要的材料。复合材料已经应用于许多行业，如船舶、航空航天、体育设备(高尔夫球杆、网球拍、冲浪板、曲棍球杆等)、汽车零部件、风力涡轮机叶片、防弹衣、建筑材料、桥梁、医疗设施等。复合材料的优点和潜力保证了该领域的大量研究，希望能在其他市场带来未来的发展和实施。现代航空是一个需求和要求复杂的行业的具体例子，复合材料的优势使其受益匪浅。这一行业对轻而坚固的材料提出了更高的要求，这些材料还具有耐热和耐腐蚀的特性。因此，许多飞机都有机翼和尾翼，以及由复合材料制成的螺旋桨和旋翼叶片，以及许多内部结构，就不足为奇了。石墨烯是什么？石墨烯是由碳原子组成的二维矩阵，排列在蜂窝状晶格中。一平方米的石墨烯薄片重量只有0.0077克，但可以支撑多达4公斤的重量。这意味着它很薄，很轻，但也非常坚固。它也有一个大的表面积，伟大的热和电导率和各种额外的令人难以置信的特点。这可能就是为什么科学家和研究人员称它为“一种神奇的材料”，并预测它将彻底改变人类已知的几乎所有行业。石墨烯基复合材料如前所述，石墨烯具有无数前所未有的特性，其中任何一种都有可能用于制造非凡的复合材料。石墨烯的存在可以提高块状材料的导电性和强度，并有助于创造出质量优异的复合材料。石墨烯还可以添加到金属、聚合物和陶瓷中，以制造导电、抗高温和压力的复合材料。石墨烯复合材料有许多潜在的应用，许多研究正在进行，以创造独特和创新的材料。石墨烯的应用似乎无穷无尽，因为一种石墨烯聚合物被证明是轻质、柔韧和优良的导电体，而另一种二氧化石墨烯复合材料被发现具有有趣的光催化效率，有许多其他可能的材料耦合，有朝一日可以制成各种复合材料。石墨烯复合材料的潜力包括医用植入物、航空航天工程材料和可再生能源等。文章转载自公众号：石墨烯雷达

近日，兰州大学土木工程与力学学院在三维石墨烯超材料研究方面取得重要进展，先后在国际材料工程领域顶级刊物Advanced Materials 发表论文2篇，在美国化学学会旗下材料科学Top期刊ACS Applied Materials & Interfaces 发表论文一篇。三篇文论题目分别为：“Flyweight， Superelastic， Electrically Conctive and Flaming Retardant 3D Multi-NanolayerGraphene/Ceramic Metamaterial”、“Naturally Dried Graphene Aerogels with Superelasticity and Tunable Poisson's Ratio”和“Flyweight 3D graphene scaffolds with micro-interface barrier derived tunable thermal insulation and flame retardancy”。该校张强强副教授为论文第一作者(其中一篇为共同一作)，兰州大学作为其中两篇通讯单位。石墨烯(Graphene)独特的晶体结构赋予了其优异的力、电、光、热等性能，吸引全球科学家的研究兴趣。“如何在大尺度制备石墨烯的宏观构筑体”是目前材料、物理、力学等学科重要的热点领域之一，对于推动石墨烯微纳尺度优异特性在宏观大尺度利用和多功能化发展具有重要的意义。兰州大学青年教师张强强副教授与哈尔滨工业大学李惠教授、普渡大学Tim Fisher 和Gary Cheng教授等人开展合作，并依托西部灾害与环境力学教育部重点实验室在功能材料方向的研究平台，开展了基于仿生机制三维石墨烯超材料自然干燥可控制备、可调控泊松比效应探索、微界面调变超绝热特性，以及超弹性和力学增韧强化的纳米陶瓷/石墨烯复合材料等方面的研究，取得了系列重要研究进展。仿生启发自然干燥制备技术和可调变泊松比效应。基于生物纤维束微观交联实现结构强化的仿生思想，采用Na2B4O7强化微观骨架初始刚度，C2H8N2调控石墨烯片还原程度优化微观孔隙表面张力，调控石墨烯凝胶骨架初始刚度和溶剂蒸发的毛细应力平衡，实现在常温常压下蒸发样品所含溶剂并保持其体积不收缩、结构不坍塌。首次实现了常温常压条件大尺度制备三维石墨烯材料的自然干燥技术，对于石墨烯材料的低成本、大尺度、大规模化生产应用具有重要意义。该方法制备得到的气凝胶具有比传统冷冻干燥或者超临界干燥技术所得材料更为优良的性能，如高达99%的可恢复压缩超弹性、可调节泊松比特性、高电导率、稳定压阻效应等。(Adv. Mater.，201628， 9223-9230. DOI：10.1002/adma.201605506)三维石墨烯基纳米陶瓷复合材料多尺度超弹性效应。基于石墨烯桥接裂纹界面的强化增韧机制和纳米尺度晶粒有效增强弹塑性变形的效应，采用“自下而上”的制备工艺和微观结构可控设计策略，以水热制备三维石墨烯气凝胶为基底模板，以原子层沉积(ALD)技术可控沉积纳米厚度Al2O3纳米陶瓷，微观上形成了“纳米陶瓷-石墨烯-纳米陶瓷”三明治复合夹层纳米结构，实现了80%弹性变形、耐疲劳增韧特性和超过200%力学性能强化，发现了陶瓷复合材料在纳米尺度上的超弹性效应和尺寸效应。这对解决功能陶瓷复合材料固有脆性和低韧性提供了新的思路和方法手段。(Adv. Mater.， 2017， DOI： 10.1002/adma.201605506.)微界面热阻调控实现超绝热和耐火性能。基于设计石墨烯微观上片层组装界面热阻，控制微观骨架的传热路径，增强声子界面定向散射，实现三维石墨烯超轻材料导热系数的可控调变，得到了超轻密度

电化学电容器具有可快速充电、功率高、循环寿命长、工作温度范围宽、安全性能高等优点，可用作大功率电源，在混合电动汽车、备用电源、便携式电子设备等领域都具有广阔的发展前景。然而电化学电容器相比于电池其能量密度较低，即单位体积内储存的能量低，限制了其更广泛的应用范围，尤其是在便携式智能设备中的应用， 需要进一步提高体积能量密度。近日，中国科学院金属研究所与英国伦敦大学学院及香港大学合作，在《自然-能源》(Nature Energy)在线发表题为“可调层间距、高效孔利用石墨烯薄膜的电化学电容储能研究”的研究论文。研究人员制备了不同比例的氧化石墨烯和热膨胀还原石墨烯的混合溶液，经过真空抽滤，得到片层间距可调节的复合石墨烯基薄膜。通过调控片层间距，实现了优化整个电极材料孔隙率的效果。当电极材料的孔隙尺寸与电解液的离子尺寸相匹配时，孔隙的空间利用达到了最优化，从而极大化了体积能量密度。在此基础上，科研人员设计了全固态柔性电化学电容器，石墨烯薄膜电极材料本身良好的弯折性能，保证了整个器件的柔性，并进一步发展了智能器件，通过根据实际需求改变电路连接方式，实现了不同的输出效果。该合作研究的实验工作由英国伦敦大学学院李庄男博士在中科院金属所合作研究完成， 所有作者共同参与了数据分析、讨论及论文撰写工作。李庄男博士为第一作者，李峰研究员、Ivan Parkin教授、郭正晓教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院、英国工程物理研究委员会、香港大学浙江研究院等项目资助。（中国日报辽宁记者站）来源：中国日报网