2020年石墨烯十大商用近況
2020/11/8 10:35:19??????點擊：
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)被許多科學家和學者反復討論驗證。此外，它具有的出色的電、熱和光學特性，在電池、傳感器、太陽能電池板、電子產(chǎn)品等各個領域具有許多應用潛力。
業(yè)內(nèi)人士非常關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。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域得到應用。
本文將盤點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域。早前美國麻省理工學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、相機等小型數(shù)碼設備中應用。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)的應用鋪就了道路。
此外，有研究人員證實，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)氧樹脂的剛度和強度提高一倍，并且碳纖維增強體系的壓縮性能顯著提高，這有望為航空航天、高性能汽車、風能和體育應用提供性能更強的新一代聚合物和復合材料。
有研究人員將碳納米管石墨烯添加到環(huán)氧樹脂復合物中，并涂覆于直升機旋翼槳葉的前緣，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銷售由石墨烯增強的復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型滑雪板，名為Joy，意在輕巧耐用。
石墨烯因其獨特的特性（包括大的體積比，獨特的光學特性，出色的電學特性），在傳感器應用中得到了極大的開發(fā)。例如，它已應用于葡萄糖、膽固醇、血紅蛋白和癌細胞的診斷。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劑使用。但是這些都不太可能在近期進入市場，加快其商用推廣已成為熱點話題。· 組織工程：石墨烯在組織工程中用作增強劑，可以改善可生物降解的聚合物納米復合材料在工程骨組織應用中的機械性能。· 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計算機斷層掃描（CT）造影劑。· 藥物輸送：莫納什大學（Monash University）的研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯可有效吸附癌細胞，從而能夠設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，或作為井眼強度改進劑，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行的納米技術EOR化學研究已經(jīng)成為近期的研究重點。從理論上講，這些材料會與油反應并改變其油性，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。通過簡單的化學修飾，所得涂層在化學和熱穩(wěn)定性方面表現(xiàn)得像石墨，但在機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)療設備、能量存儲設備、高分辨率顯示器以及電化學和生化傳感器之類的特殊應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。
石墨烯基復合材料將有助于生產(chǎn)更堅固、更輕且更耐用的運動器材。
Directa Plus是自行車輪胎的石墨烯供應的先驅(qū)，早期的實驗室輪胎測試表明，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，可以幫助運動員節(jié)省40秒的時間，并且石墨烯的應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。隨后，該技術被改造為生產(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)字計算領域完全取代硅，但它們可以互為補充，以混合電路的形式擴展計算機芯片的性能，此類電路不依賴于較高的開關比。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。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域得到應用。
本文將盤點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域。早前美國麻省理工學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、相機等小型數(shù)碼設備中應用。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)的應用鋪就了道路。
此外，有研究人員證實，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)氧樹脂復合物中，并涂覆于直升機旋翼槳葉的前緣，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銷售由石墨烯增強的復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
石墨烯因其獨特的特性（包括大的體積比，獨特的光學特性，出色的電學特性），在傳感器應用中得到了極大的開發(fā)。例如，它已應用于葡萄糖、膽固醇、血紅蛋白和癌細胞的診斷。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劑使用。但是這些都不太可能在近期進入市場，加快其商用推廣已成為熱點話題。· 組織工程：石墨烯在組織工程中用作增強劑，可以改善可生物降解的聚合物納米復合材料在工程骨組織應用中的機械性能。· 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計算機斷層掃描（CT）造影劑。· 藥物輸送：莫納什大學（Monash University）的研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯可有效吸附癌細胞，從而能夠設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，或作為井眼強度改進劑，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行的納米技術EOR化學研究已經(jīng)成為近期的研究重點。從理論上講，這些材料會與油反應并改變其油性，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。通過簡單的化學修飾，所得涂層在化學和熱穩(wěn)定性方面表現(xiàn)得像石墨，但在機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
導電印刷和包裝
石墨烯基油墨可提供高導電性、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)療設備、能量存儲設備、高分辨率顯示器以及電化學和生化傳感器之類的特殊應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
運動器材
石墨烯基復合材料將有助于生產(chǎn)更堅固、更輕且更耐用的運動器材。
Directa Plus是自行車輪胎的石墨烯供應的先驅(qū)，早期的實驗室輪胎測試表明，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，可以幫助運動員節(jié)省40秒的時間，并且石墨烯的應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。隨后，該技術被改造為生產(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任務中的一部分，美國軍方希望該項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)字計算領域完全取代硅，但它們可以互為補充，以混合電路的形式擴展計算機芯片的性能，此類電路不依賴于較高的開關比。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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