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2016年石墨烯最新全球應用分析

發布時間:2017年1月13日 15:02 來源:

石墨烯是目前全球材料領域里最熱門的研究方向之一。下面這兩張圖反映的是目前石墨烯在全球的應用情況,有些是概念原型,有些已經實現商業化量產銷售

石墨烯具有優異的光學、電學、熱學和力學性能,使得各個學科領域都對它青睞有加。

石墨烯納米復合材料

石墨烯納米復合材料是目前在石墨烯應用中最為成熟。比起傳統的碳纖維增強,石墨烯增強的車身結構重量輕強度大下圖左英國BAC汽車在曼切斯特展示的一款Mono Graphene概念車,圖右德國杜塞多夫的二維材料展上的無人機機翼,更輕更硬。

以上兩個產品的石墨烯材料來自英國曼切斯特的石墨烯公司。

3D打印材料

紐約長島的某新材料公司可生產含石墨烯的3D打印材料,可用于打印導電塑料制品。目前該公司已在加拿大風險證券交易所上市。

航空航天領域

石墨烯可用在航天材料的低溫碳纖維燃料箱,主要基于石墨烯在結構上比碳纖維有更優異的機械性能。馬斯克在國際航天會IAC中提出ITS火星飛行器,其中最關鍵的技術就是裝盛液態甲烷燃料的非常巨大的碳纖維油箱被馬斯克稱之為“飛船中最艱難的一個部件”。

傳感器

目前石墨烯傳感器應用最為成熟的領域為葡萄糖傳感器機構預測未來十年石墨烯在氣體、濕度、溫度、光以及生物等方面的傳感器將有較快增長,年復合增長率超過30%。

上圖左邊是石墨烯氣體傳感器,通過判斷氣體是吸電子還是電子,通過算法校正對石墨烯電信號影響,最終測得氣體的百萬分比濃度(PPM)。

石墨烯氣凝膠

報道顯示,浙江大學高分子系研制出世界上最輕固體材料石墨烯氣凝膠,具有超輕的密度,已經申請了吉尼斯世界紀錄。

石墨烯氣凝膠,是世界上最輕的材料,這兩年也逐漸走入科學家的視線。相比于其優異的導電性、超彈性、大比表面積、親油防火、超高孔隙率等性能,其更大的意義在于石墨烯的三維結構實現可以賦予它更為優異的性能。石墨烯是典型的二維材料,也有是有一個原子層或者幾個原子層厚的平面材料,也實現石墨烯宏觀三維結構的搭接一直是研究的熱點。

由于石墨烯氣凝膠極大的比表面積和親油性,應用清理大量汽油的泄漏,比如加勒比海BP漏油事件

石墨烯檢驗DNA序列

石墨烯檢驗DNA序列,基本原理是利用DNA帶負電這一特性。帶電DNA在電場的牽引下,會接近并通過石墨烯納米孔洞,由于CGAT分子段會對石墨烯的電子結構和離子電流產生形成影響,通過檢測其電流的變化來快速且準確的測定DNA序列。

石墨烯商業化現狀分析

當前石墨烯商業化的現狀:

第一,目前商業化進程較快的是石墨烯原材料無論是透明材料粉末或者是石墨烯溶液,美國中國歐洲都有石墨烯原材料公司,量產規模一般在年產幾噸左右

第二,正在進入早期市場階段的石墨烯應用,如有導電油墨可穿戴用品、運動裝備等

第三,停留在產品原型,但即將進入市場的石墨烯應用,如石墨烯衣服石墨烯電池石墨烯超級電容器等;

第四,停留在基礎研發階段的石墨烯應用,如航空材料水處理生物傳感器DNA測序等。

無論歐洲還是中國,總體來講石墨烯企業仍處于虧損狀態,需政府扶持。市場對石墨烯寄予厚望,隨著技術慢慢成熟,拳頭應用實現量產時候,也是石墨烯行業起飛的時候。

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