2020年石墨烯十大商用近況
2020/11/8 10:35:19??????點(diǎn)擊：
石墨烯是目前世界上最薄且最堅硬的納米材料，這一特性引起了研究人員的極大興趣，其主要性能和制備方式已經(jīng)被許多科學(xué)家和學(xué)者反復(fù)討論驗(yàn)證。此外，它具有的出色的電、熱和光學(xué)特性，在電池、傳感器、太陽能電池板、電子產(chǎn)品等各個領(lǐng)域具有許多應(yīng)用潛力。
業(yè)內(nèi)人士非常關(guān)注石墨烯的商用情況，這是它最大的挑戰(zhàn)之一，也是業(yè)界討論的重點(diǎn)。目前，全球有數(shù)十家石墨烯制造商，盡管產(chǎn)量相對較低、成本也較高，但我們已經(jīng)看到一些石墨烯的商業(yè)應(yīng)用。未來隨著其產(chǎn)量的增加和價格的下降，石墨烯有望在越來越多領(lǐng)域得到應(yīng)用。
本文將盤點(diǎn)一些石墨烯商用的近況。 01
新能源電池是石墨烯最早商用的重要領(lǐng)域。早前美國麻省理工學(xué)院已成功研制出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽能電池的成本，這種電池可在夜視鏡、相機(jī)等小型數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用。石墨烯超級電池的成功研發(fā)，解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時間長的問題，極大加速了新能源電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這一系列研究成果為石墨烯在新能源電池行業(yè)的應(yīng)用鋪就了道路。
此外，有研究人員證實(shí)，其制備了一種由石墨烯和硅制成的鋰離子電池，該電池一次充電可使用一周，僅15分鐘即可完成充電。華為也曾發(fā)布了其對基于石墨烯的鋰離子電池的研究，該電池具有更高的耐熱性，且壽命是傳統(tǒng)鋰離子電池的兩倍。
通過在材料表面添加一些石墨烯，并加以其他工藝輔助，可以改善聚合物體系的性能和功能。少量添加石墨烯可以使環(huán)氧樹脂的剛度和強(qiáng)度提高一倍，并且碳纖維增強(qiáng)體系的壓縮性能顯著提高，這有望為航空航天、高性能汽車、風(fēng)能和體育應(yīng)用提供性能更強(qiáng)的新一代聚合物和復(fù)合材料。
有研究人員將碳納米管石墨烯添加到環(huán)氧樹脂復(fù)合物中，并涂覆于直升機(jī)旋翼槳葉的前緣，其在一定條件下可融化1厘米（0.4英寸）厚的冰層。
國際車輪生產(chǎn)商Vittoria銷售由石墨烯增強(qiáng)的復(fù)合材料制成的自行車車輪，石墨烯可為車輪提供了諸如散熱（降低15-30°C）、增加橫向剛度（超過50％）等優(yōu)勢。Applied Graphene Materials公司宣布已提供石墨烯材料，用于生產(chǎn)英國Century Composites制造的釣魚竿。HEAD公司也推出了用于女士的石墨烯增強(qiáng)型滑雪板，名為Joy，意在輕巧耐用。
石墨烯因其獨(dú)特的特性（包括大的體積比，獨(dú)特的光學(xué)特性，出色的電學(xué)特性），在傳感器應(yīng)用中得到了極大的開發(fā)。例如，它已應(yīng)用于葡萄糖、膽固醇、血紅蛋白和癌細(xì)胞的診斷。同時，它也可以用作pH傳感器來檢測污染物。由于基于石墨烯的壓力傳感器占地面積小、重量輕，因此它對航空業(yè)也特別有吸引力。
石墨烯在空氣或生物流體中不會氧化，通過將生物捕獲分子和阻擋層應(yīng)用于石墨烯，然后控制石墨烯與生物測試樣品的液體之間的電壓差，可以將石墨烯電路配置為場效應(yīng)生物傳感器。在各種類型的石墨烯傳感器類型，生物傳感器是第一種可出售的傳感器。
在醫(yī)療領(lǐng)域，石墨烯有望作為藥物輸送平臺來治療癌癥，也有可能在組織工程中作為增強(qiáng)劑使用。但是這些都不太可能在近期進(jìn)入市場，加快其商用推廣已成為熱點(diǎn)話題。· 組織工程：石墨烯在組織工程中用作增強(qiáng)劑，可以改善可生物降解的聚合物納米復(fù)合材料在工程骨組織應(yīng)用中的機(jī)械性能。· 生物成像：功能化且分散于表面活性劑的石墨烯溶液已被設(shè)計為血池MRI造影劑。此外，摻入石墨烯納米粒子的碘和錳已成為多模式MRI計算機(jī)斷層掃描（CT）造影劑。· 藥物輸送：莫納什大學(xué)（Monash University）的研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯可有效吸附癌細(xì)胞，從而能夠設(shè)計用于癌癥治療的藥物遞送劑。
石墨烯納米材料可以作為乳液穩(wěn)定劑，或作為井眼強(qiáng)度改進(jìn)劑，可以對鉆井液和完井液具有流體滲透屏障的作用，這會為鉆探活動產(chǎn)生“智能流體”，可以減少滲入巖層孔隙的流體、保持原始巖層壓力、減少鉆孔工具的磨損，以及減少鉆桿液壓粘附或卡住管道的可能性。
使用石墨烯納米材料作為鉆井泥漿潤滑液，可增強(qiáng)減摩能力、抗磨性能和泥漿穩(wěn)定性。此外，使用石墨烯材料以及單壁納米碳材料進(jìn)行的納米技術(shù)EOR化學(xué)研究已經(jīng)成為近期的研究重點(diǎn)。從理論上講，這些材料會與油反應(yīng)并改變其油性，從而增加油的流動性，從而提高原油的產(chǎn)量。
氧化石墨烯用作涂料的添加劑，可以用于從玻璃到金屬的各種表面。通過簡單的化學(xué)修飾，所得涂層在化學(xué)和熱穩(wěn)定性方面表現(xiàn)得像石墨，但在機(jī)械方面它們又變得非常堅固，幾乎與石墨烯一樣堅韌。
石墨烯基油墨可提供高導(dǎo)電性、柔韌性、高速印刷和低溫固化，這意味著可以對印刷品進(jìn)行摩擦、彎曲、折皺而不會造成損壞，并且可以穩(wěn)定地抵抗溫度、濕度和腐蝕，這為諸如醫(yī)療設(shè)備、能量存儲設(shè)備、高分辨率顯示器以及電化學(xué)和生化傳感器之類的特殊應(yīng)用打開了印刷電子產(chǎn)品的大門。
包裝公司MWV與Vorbeck Materials合作，為需要嵌入式安全系統(tǒng)的產(chǎn)品創(chuàng)建了基于石墨烯的包裝，其傳感器可以檢測出產(chǎn)品何時被移動，何時被取出等。
石墨烯基復(fù)合材料將有助于生產(chǎn)更堅固、更輕且更耐用的運(yùn)動器材。
Directa Plus是自行車輪胎的石墨烯供應(yīng)的先驅(qū)，早期的實(shí)驗(yàn)室輪胎測試表明，石墨烯的添加會給產(chǎn)品的性能帶來飛躍。在50公里的計時賽中，可以幫助運(yùn)動員節(jié)省40秒的時間，并且石墨烯的應(yīng)用使得車胎對穿刺和割傷的抵抗力得到了顯著提高。
HEAD公司宣布了他們的新系列石墨烯網(wǎng)球拍（YouTek Graphene Speed系列）。據(jù)稱石墨烯的使用可以使得球拍桿身變得又輕又堅固。
研究人員曾宣布了一種基于DVD燃燒器還原方法生產(chǎn)石墨烯超級電容器的新技術(shù)。隨后，該技術(shù)被改造為生產(chǎn)堆疊式3D超級電容器。堆疊配置大大提高了設(shè)備的能量密度，在測試中，器件在12,000次充放電循環(huán)中保持穩(wěn)定，并保留了90％的電容。
IBM研究院在接受采訪時指出，石墨烯無法在數(shù)字計算領(lǐng)域完全取代硅，但它們可以互為補(bǔ)充，以混合電路的形式擴(kuò)展計算機(jī)芯片的性能，此類電路不依賴于較高的開關(guān)比。同時他們表示石墨烯晶體管電路的尺寸在理論上是無限的，相較于硅基電路，石墨烯的輸電速度要快200倍。
業(yè)內(nèi)人士非常關(guān)注石墨烯的商用情況，這是它最大的挑戰(zhàn)之一，也是業(yè)界討論的重點(diǎn)。目前，全球有數(shù)十家石墨烯制造商，盡管產(chǎn)量相對較低、成本也較高，但我們已經(jīng)看到一些石墨烯的商業(yè)應(yīng)用。未來隨著其產(chǎn)量的增加和價格的下降，石墨烯有望在越來越多領(lǐng)域得到應(yīng)用。
本文將盤點(diǎn)一些石墨烯商用的近況。 01
電池
新能源電池是石墨烯最早商用的重要領(lǐng)域。早前美國麻省理工學(xué)院已成功研制出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽能電池的成本，這種電池可在夜視鏡、相機(jī)等小型數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用。石墨烯超級電池的成功研發(fā)，解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時間長的問題，極大加速了新能源電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這一系列研究成果為石墨烯在新能源電池行業(yè)的應(yīng)用鋪就了道路。
此外，有研究人員證實(shí)，其制備了一種由石墨烯和硅制成的鋰離子電池，該電池一次充電可使用一周，僅15分鐘即可完成充電。華為也曾發(fā)布了其對基于石墨烯的鋰離子電池的研究，該電池具有更高的耐熱性，且壽命是傳統(tǒng)鋰離子電池的兩倍。
圖片來源：圖蟲創(chuàng)意 02
復(fù)合材料
有研究人員將碳納米管石墨烯添加到環(huán)氧樹脂復(fù)合物中，并涂覆于直升機(jī)旋翼槳葉的前緣，其在一定條件下可融化1厘米（0.4英寸）厚的冰層。
國際車輪生產(chǎn)商Vittoria銷售由石墨烯增強(qiáng)的復(fù)合材料制成的自行車車輪，石墨烯可為車輪提供了諸如散熱（降低15-30°C）、增加橫向剛度（超過50％）等優(yōu)勢。Applied Graphene Materials公司宣布已提供石墨烯材料，用于生產(chǎn)英國Century Composites制造的釣魚竿。HEAD公司也推出了用于女士的石墨烯增強(qiáng)型滑雪板，名為Joy，意在輕巧耐用。
圖片來源：圖蟲創(chuàng)意 03
傳感器
石墨烯因其獨(dú)特的特性（包括大的體積比，獨(dú)特的光學(xué)特性，出色的電學(xué)特性），在傳感器應(yīng)用中得到了極大的開發(fā)。例如，它已應(yīng)用于葡萄糖、膽固醇、血紅蛋白和癌細(xì)胞的診斷。同時，它也可以用作pH傳感器來檢測污染物。由于基于石墨烯的壓力傳感器占地面積小、重量輕，因此它對航空業(yè)也特別有吸引力。
石墨烯在空氣或生物流體中不會氧化，通過將生物捕獲分子和阻擋層應(yīng)用于石墨烯，然后控制石墨烯與生物測試樣品的液體之間的電壓差，可以將石墨烯電路配置為場效應(yīng)生物傳感器。在各種類型的石墨烯傳感器類型，生物傳感器是第一種可出售的傳感器。
圖片來源：圖蟲創(chuàng)意 04
醫(yī)療
在醫(yī)療領(lǐng)域，石墨烯有望作為藥物輸送平臺來治療癌癥，也有可能在組織工程中作為增強(qiáng)劑使用。但是這些都不太可能在近期進(jìn)入市場，加快其商用推廣已成為熱點(diǎn)話題。· 組織工程：石墨烯在組織工程中用作增強(qiáng)劑，可以改善可生物降解的聚合物納米復(fù)合材料在工程骨組織應(yīng)用中的機(jī)械性能。· 生物成像：功能化且分散于表面活性劑的石墨烯溶液已被設(shè)計為血池MRI造影劑。此外，摻入石墨烯納米粒子的碘和錳已成為多模式MRI計算機(jī)斷層掃描（CT）造影劑。· 藥物輸送：莫納什大學(xué)（Monash University）的研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯可有效吸附癌細(xì)胞，從而能夠設(shè)計用于癌癥治療的藥物遞送劑。
圖片來源：圖蟲創(chuàng)意 05
石油化工
石墨烯納米材料可以作為乳液穩(wěn)定劑，或作為井眼強(qiáng)度改進(jìn)劑，可以對鉆井液和完井液具有流體滲透屏障的作用，這會為鉆探活動產(chǎn)生“智能流體”，可以減少滲入巖層孔隙的流體、保持原始巖層壓力、減少鉆孔工具的磨損，以及減少鉆桿液壓粘附或卡住管道的可能性。
使用石墨烯納米材料作為鉆井泥漿潤滑液，可增強(qiáng)減摩能力、抗磨性能和泥漿穩(wěn)定性。此外，使用石墨烯材料以及單壁納米碳材料進(jìn)行的納米技術(shù)EOR化學(xué)研究已經(jīng)成為近期的研究重點(diǎn)。從理論上講，這些材料會與油反應(yīng)并改變其油性，從而增加油的流動性，從而提高原油的產(chǎn)量。
圖片來源：圖蟲創(chuàng)意 06
涂料
氧化石墨烯用作涂料的添加劑，可以用于從玻璃到金屬的各種表面。通過簡單的化學(xué)修飾，所得涂層在化學(xué)和熱穩(wěn)定性方面表現(xiàn)得像石墨，但在機(jī)械方面它們又變得非常堅固，幾乎與石墨烯一樣堅韌。
圖片來源：圖蟲創(chuàng)意 07
導(dǎo)電印刷和包裝
石墨烯基油墨可提供高導(dǎo)電性、柔韌性、高速印刷和低溫固化，這意味著可以對印刷品進(jìn)行摩擦、彎曲、折皺而不會造成損壞，并且可以穩(wěn)定地抵抗溫度、濕度和腐蝕，這為諸如醫(yī)療設(shè)備、能量存儲設(shè)備、高分辨率顯示器以及電化學(xué)和生化傳感器之類的特殊應(yīng)用打開了印刷電子產(chǎn)品的大門。
包裝公司MWV與Vorbeck Materials合作，為需要嵌入式安全系統(tǒng)的產(chǎn)品創(chuàng)建了基于石墨烯的包裝，其傳感器可以檢測出產(chǎn)品何時被移動，何時被取出等。
圖片來源：圖蟲創(chuàng)意 08
運(yùn)動器材
石墨烯基復(fù)合材料將有助于生產(chǎn)更堅固、更輕且更耐用的運(yùn)動器材。
Directa Plus是自行車輪胎的石墨烯供應(yīng)的先驅(qū)，早期的實(shí)驗(yàn)室輪胎測試表明，石墨烯的添加會給產(chǎn)品的性能帶來飛躍。在50公里的計時賽中，可以幫助運(yùn)動員節(jié)省40秒的時間，并且石墨烯的應(yīng)用使得車胎對穿刺和割傷的抵抗力得到了顯著提高。
HEAD公司宣布了他們的新系列石墨烯網(wǎng)球拍（YouTek Graphene Speed系列）。據(jù)稱石墨烯的使用可以使得球拍桿身變得又輕又堅固。
圖片來源：圖蟲創(chuàng)意 09
超級電容器
超級電容器就像電池和電容器的混合體。石墨烯超級電容器是一種特殊的電容器，擁有異常高的導(dǎo)電性和大比表面積，在能量儲存和釋放過程中比同類產(chǎn)品有較高的優(yōu)越性。
研究人員曾宣布了一種基于DVD燃燒器還原方法生產(chǎn)石墨烯超級電容器的新技術(shù)。隨后，該技術(shù)被改造為生產(chǎn)堆疊式3D超級電容器。堆疊配置大大提高了設(shè)備的能量密度，在測試中，器件在12,000次充放電循環(huán)中保持穩(wěn)定，并保留了90％的電容。
圖片來源：圖蟲創(chuàng)意 10
晶體管
IBM的研究可以使石墨烯晶體管在不久的將來得到應(yīng)用。該晶體管的研制是IBM承接的美國國防部高級研究計劃局的一項(xiàng)任務(wù)中的一部分，美國軍方希望該項(xiàng)研究能夠幫助他們研發(fā)出高性能的無線調(diào)頻晶體管。IBM研究院在接受采訪時指出，石墨烯無法在數(shù)字計算領(lǐng)域完全取代硅，但它們可以互為補(bǔ)充，以混合電路的形式擴(kuò)展計算機(jī)芯片的性能，此類電路不依賴于較高的開關(guān)比。同時他們表示石墨烯晶體管電路的尺寸在理論上是無限的，相較于硅基電路，石墨烯的輸電速度要快200倍。
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