石墨烯报告

四种石墨烯生产方法的对比
相关文献数
微机械剥离法 SiC衬底热解法 CVD法 其它
石墨烯各种生产方法在文献数量上的对比
五、石墨烯应用前景 ： 石墨烯是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的 碳材料，在半导体产业、光伏产业、锂离子电池、航天、 军工、新一代显示器等传统领域和新兴领域都将带来革命 性的技术进步。石墨烯尚未形成产业化，售价非常高，目 前国内的售价在2000元/g以上，接近于黄金价格的十倍左 右。石墨烯凭借其特殊的物理结构和特质，在多个领域都 将带来革命性的变革，一旦量产将成为下一个万亿级产业。
四、石墨烯制备方法 ： 石墨烯目前仍处于研究阶段，全球范围内都没有实施大规 模量产的先例，主要是由于还没有找到一种适合大规模生产的 方法和途径，这也是石墨烯成本一直高居不下的原因。目前石 墨烯的制备方法主要有四种，分别是：微机械剥离法、外延生 长法、氧化石墨还原法和化学气相沉积法。
微机械剥离法： 微机械剥离法是直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下 来。具体流程如下：首先利用氧离子等在1mm厚的高定向热解 石墨（HOPG）表面进行离子刻蚀，当表面刻蚀出宽度在 20um～2mm，深度在5um的微槽后将其用光刻胶粘到玻璃衬 底上，再用胶带进行反复撕揭，然后将多余的HOPG去除并将 粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声一段时间，最后 将单晶硅片放入丙酮溶液中，利用范德华力或毛细管力将单层 石墨烯捞出，从而获得石墨烯片。
七、石墨烯在锂电领域中的应用
八、国内生产状况 九、本人对公司项目的分析和建议
一、石墨烯的发现： 2004年英国曼彻斯特大学的康斯坦丁・诺沃肖洛夫 和安德烈• 盖姆教授通过一种很简单的方法从石墨薄片 中剥离出了石墨烯，为此他们二人荣获2010年度的诺贝 尔物理学奖，石墨烯从此出现在了人们视线中。
石墨烯是一种二维晶体，由碳原子按六边形进行排布，相 互连接，形成一个碳分子，其结构非常稳定；随着所连接的碳 原子数量不断增多，这个二维的碳分子平面不断扩大，分子也 不断变大。单层的石墨烯只有一个碳原子的厚度，即0.335nm， 相当于一根头发的20万分之一的厚度，1mm厚的石墨烯中将近 有150万层左右的石墨烯。
超大比表面积：石墨烯只有一个碳原子厚，即0.335nm，所以石墨 烯拥有超大的比表面积，理想的单层石墨烯的比表面积能够达到 2630m2/g，而普通的活性炭比表面积为1500m2/g，超大比表面积 使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。
三、石墨烯表征技术：
1、光学显微分析（AFM） 2、电子显微结构（SEM、TEM和HRTEM） 3、扫描探针显微结构（SPM） 4、拉曼光谱分析
八、国内生产状况 石墨烯产业的最大瓶颈在于还没有形成完整的产业链，目 前仍没有一种可以应用石墨烯的产品能够规模化生产。对石 墨烯最大的需求仍然是各大院校和科研机构的研究使用。 石墨烯的高强度、高导电性及传热性、超大的比表面积等 特性能够在航天军工、锂离子电池、超级电容器等多领域有 潜在应用，但由于其成本过高，一直都处于研究阶段。从目 前的技术发展来看，最有可能实现工业化使用石墨烯的下游 行业是复合材料领域和显示技术领域。 目前国内还没有能够实现石墨烯批量化生产的企业或研究 机构，多数企业只能小量生产石墨烯，所使用的生产技术多 为氧化还原法，生产出的石墨烯溶液也存在很多技术上需要 突破的问题。 石墨烯概念股是指石墨烯行业以及相关行业类个股。 国内目前并没有上市公司的主营业务生产石墨烯。只有中 国宝安、中钢吉炭和方大碳素等几家公司正在进行石墨烯产 品的研制，目前都没有大规模量产的能力。
2、项目实施建议： 联系厂家购买小批量的石墨烯产品，再与公司研发的钛酸 锂产品进行复合以及对复合物的各项性能进行研究；（具体 方法参考钛酸锂/碳纳米管方面的研究，此类研究较多） 与宁大等具有石墨烯研究课题的科研机构进行合作，对方 提供石墨烯方面的技术和样品，公司提供钛酸锂方面的技术 和样品，再进行复合研究。 公司可利用成本最低和技术最成熟的氧化石墨还原法生产 小批量的石墨烯，再与钛酸锂进行复合研究。(本方法制备石 墨烯所需仪器和条件：超声分散仪、磁力搅拌装置和冰浴； 药品：石墨粉、浓硫酸、浓盐酸、高锰酸钾、硝酸钠、过氧 化氢、水合肼等） 使钛酸锂与石墨烯以及碳纳米管一起复合，探索最佳配比 和性能。（有一篇专利做的是这个方向的） 使钛酸锂和碳纳米管复合，以石墨烯为导电添加剂，研究 最佳配比和性能。
化学气相沉积法： 化学气相沉积法的原理是为将一种或多种气态物质导入到 一个反应腔内发生化学反应，生成一种新的材料沉积在衬底表 面。具体方法是将含碳原子的气体有机物如甲烷（CH4） 、乙 炔（C2H2）等在镍或铜等金属基体上高温分解，脱出氢原子的 碳原子会沉积吸附在金属表面连续生长成石墨烯。
Nature, Letters, 2009,457:07719
3、项目成果展示： 成熟的产品和工艺技术； 一定数量高质量的文章（SCI收录的中英文文章）； 专利申请。
各国石墨烯专利申请情况分布
七、石墨烯在锂电领域的应用 石墨烯微片作为导电性极好的超薄二维纳米材料，是一种 高性能导电添加剂。它可以与锂离子电池电极活性材料颗粒 形成二维导电接触，在电极中构建三维导电网络，因而可大 幅提升电池性能。 石墨烯导电添加剂能够大幅降低电池内阻，提高电池倍率 充放电性能，并显著延长电池循环寿命；同时还可增加活性 材料克容量发挥，从而提高电池容量；采用石墨烯导电剂方 案时，还可减少导电剂用量，有利于设计高能量密度电池； 另外，含有石墨烯导电剂的电池在高倍率充放电过程中发热 相对较少，电池表面温度相对更低，因而有利于提高电池的 安全性。 将石墨烯应用于锂离子电池的负极材料中，其比容量可以 达到540mAh/g以上，如果在其中掺入碳纳米管后，负极的比 容量可以达到730mAh/g，而目前普通人造石墨负极比容量为 370mAh/g，可见石墨烯能大幅提高锂离子电池性能。
中国科学院上海分院的科学家发现石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效，而且不会伤害到人体细胞
中国的科研人员发现细菌的细胞在石墨烯的纸上无法生长，而人类细胞则不会受损。 利用这一点可以利用它来做绷带、食品包装甚至抗菌T恤衫
用石墨烯做的 LECs(光电化学电池)
未来的“太空天梯”
薄得像纸一样的iPhone概念手机
具体应用案例： 采用原位复合法制备的的石墨烯/锰酸锂复合材料，50C和 100C的放电比容量分别为117mAh/g和101mAh/g，远远高于单 纯的锰酸锂材料的放电比容量。 在专利CN101794874A中，以石墨烯为导电剂添加至磷酸铁 锂正极材料中，结果表明，添加了10%的石墨烯的磷酸铁锂电 极的充放电性能优于含20%导电炭黑的磷酸铁锂电极充放电性 能。 专利CN101728535报道了使用氧化石墨快速膨胀法制备的石 墨烯作为锂离子电池负极材料的导电剂，在相同用量下与常用 的乙炔炭黑相比，负极材料的比容量提高了25%～40%，库伦 效率提高了10%～15%。
六、石墨烯领域的论文发表和专利申请 目前，全球共有8434篇相关的研究论文，共来自79个国 家和地区，排名前十的国家发表的文献量占总量的92.96%。 美国作为世界科学技术研究最发达的国家，其石墨烯研究方 面的文献量占2683份，占总量的31.81；我国的石墨烯研究 文献发表量为1201份，占总量的14.24%，位居全球第二位。
石墨烯报告
惠国栋 3013.10.14
石墨烯比钻石还硬
2010年10月5日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授 予英国曼彻斯特大学科学家安德烈・海姆和康斯坦丁・诺沃肖洛夫，以表彰他们在 石墨烯材料方面的卓越研究。
目
一、石墨烯的发现
录
二、石墨烯特性
三、石墨烯表征技术 四、制备方法 五、应用前景 六、石墨烯领域的论文发表和专利申请
全球石墨烯文献发表情况分布
各国目前都在积极进行石墨烯的研究和专利布局，如陶氏 化学、通用、三星电子株式会社、施乐公司等国际大牌厂商都 在积极推进石墨烯产业的研究，从2004年至今，国际上关于石 墨烯的专利申请已经达到了1400余项，主要在石墨烯的制备、 能源领域的应用、显示技术方面的应用、石墨烯纳米材料以及 石墨烯复合材料等方面。
氧化石墨还原法： 氧化石墨还原法是目前成本最低且最容易实现规模化生产 的石墨烯制备方法。氧化石墨还原法是将天然石墨与强酸和强 氧化物质反应生成氧化石墨（GO），经过超声分散制备成氧 化石墨烯，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如羧基、 环氧基和羟基，得到石墨烯。
石墨烯氧化物和还原后的石墨烯氧化物的化学结构
石墨烯分子结构
电子显微镜下观测，其碳原子间距仅0.14纳米
富勒烯（左）和碳纳米管（中）可以看作是由单层的石墨烯通过某种方式卷成的， 石墨（右）是由多层石墨烯通过范德华力的联系堆叠成的。
二、石墨烯特性： 石墨烯是目前已知的最薄的一种材料，单层的石墨烯只有一个 碳原子的厚度，这种厚度的石墨烯拥有了许多石墨所不具备的特性。 超强导电性：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度超过了在 其他金属单体或是半导体中的运动速度，能够达到光速的1/300， 因此石墨烯拥有超强的导电性。 超高强度：石墨是矿物中最软的，其莫氏硬度只有1-2级，石墨被 分离成一个碳原子厚度的石墨烯后，性能发生突变，硬度比莫氏硬 度10级的金刚石还高，但拥有很好的韧性，且可以弯曲。
通过粘贴Scotch胶带的“机械剥离法”制作石墨烯
外延生长法： 外延生长法是高温和超高真空中使得单晶碳化硅（SiC） 中的硅原子蒸发，剩下的碳原子经过结构重排形成石墨烯单层 或多层，从而得到石墨烯。外延生长法所获得的石墨烯面积较 大，且质量较高，缺点是单晶SiC价格贵。
SiC热分解法制作的SiC基板上的石墨烯（右）， 实际分布有1～多层的石墨烯
国内主要石墨烯研究机构情况
九、本人对公司项目的分析和建议 1、公司所申请的项目的特点和意义： 石墨烯/钛酸锂锂离子电池负极材料课题新颖，国内此类研 较少。（类似的专利有15篇，一篇失效） 石墨烯将会给传统的以及新兴的各个领域带来革命性的变 革，因此公司开展与石墨烯有关的科研工作意义重大。 公司所开展的钛酸锂负极材料的研发工作已有一年，积累 了相关的工艺和数据，为新项目的开展奠定了基础。 通过石墨烯/钛酸锂锂离子电池负极材料项目的开展和完成， 积累各方面的经验和数据，进一步为公司将来申请863等国家 级重大项目打下基础。 新项目的开展可以为公司其他产品的研发提供技术和思路。 新项目的开展能够很好的锻炼现有的科研团队，并能有效 利用现有的仪器设备。
贝尔实验室的Fulton等人制成的128Mbit石墨烯单电子存储器芯片照片
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ级计算机芯片-目前世上电阻率最小的材料，电阻率仅为10-6 Ω•cm
美科学家制出4寸石墨烯晶圆
IBM展示全球最快石墨烯晶体管，处理速度可达100GHz
从左到右：在石墨烯上印好的银电极把材料分成大小为3.1英寸的区域；组装 好的石墨烯触摸屏面板；接到电脑上使用的石墨烯触摸屏
两个应用方向： 作为石墨烯复合电极材料。石墨烯优异的导电性能可提升电 极材料的电导率，进而提升锂离子电池的充放电速度；同时石 墨烯“柔韧”的二维层状结构可以有效抑制电极材料在充放电 过程中因体积变化引起的材料粉化，并增强与集流体间的导电 接触。 作为锂电池的导电添加剂。加入石墨烯后，锂电池的大电流 充放电性能、循环稳定性和安全性都能得到了非常大的改善。