石墨烯导电性最强的材料

2020-12-10 11:49:28

石墨烯是碳元素家族的新型同素异形体,而且碳元素之间采用sp2杂化,构成了较大的共轭π键,组成碳原子厚度的二维系统,达到超高的导电导热特性、超强的力学特性及特殊的光学、磁学等特性,在锂离子电池、电容器、光学器件、导热材料与器件、生物探针、隐身材料、耐摩擦涂料、橡塑弹性体补强材料等领域得到广泛应用。所以石墨烯是由碳原子组成的二维晶体,其强度最大,导电性最强的材料,在半导体产业、光伏产业、航天军工、新能源等领域应用广泛,被称为有望引发现代电子科技新革命。我国粉体石墨烯制备产能已达每年5000多吨。在薄膜石墨烯制备方面,年产能达650万平方米左右,居全球首位。

石墨烯研究分析:

1.2010年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,两位最早发现并揭示石墨烯独特性质,成为当年当年诺贝尔物理学奖获得者。中国科学院物理研究所研究员、中国科学院院士高鸿钧表示,石墨烯在未来电子器件上具有很大的应用前景。下一代变革性的光纤技术——烯碳光纤、石墨烯烯基第三代半导体照明技术、新一代电池集流体——烯铝集流体、石墨烯烯蚕丝纤维等等应用被提上日程。

2.上海微系统所的团队在2015年首次实现石墨烯单核控制形核和快速生长,成功研制~1.5英寸石墨烯单晶,Ge(100)面上的石墨烯CVD生长的研究已经取得进步,实现Ge基石墨烯可控制备技术,推动了石墨烯在微电子领域的研究和应用,基于离子注入技术制备层数可控石墨烯的研究已获得专利授权,在hBN绝缘衬底上石墨烯的取向外延的研究也取得了重要成果,在绝缘六角氮化硼表面石墨烯单晶形核机理研究方面却重大进步,2015年,在国际上首次实现了尺寸达百微米级的六方氮化硼单晶的CVD制备,提出了表征石墨烯材料缺陷的新方法,已经申请了两项国家发明专利,针对电子学对制备石墨烯单晶晶圆的基本要求,通过催化衬底表面单核心外延生长与多核心无缝拼接两种技术路径实现石墨烯单晶晶圆,开展了CVD石墨烯薄膜中缺陷的评估和修复工作。通过对制备的石墨烯进行修饰掺杂,实现了对石墨烯导电性能和导电类型可控的石墨烯掺杂技术。首次实现了尺寸达百微米级的六方氮化硼单晶的CVD制备,(Nature Communications, 2015, 6, 6160-6166), 他引超过85次)。在国际h-BN制备研究领域引起了广泛的关注。提出了表征石墨烯材料缺陷的新方法。

2020年12月7日,中科院上海微系统所正式宣布已研发出8英寸石墨烯单晶圆,且已经实现稳定的小批量生产。石墨烯制备技术的制约直接影响中游石墨烯的生产效率。在耗费同等生产设备时,由于产量较少,每单位的石墨烯生产成本提高,将影响企业生产经营和企业利润。石墨烯被誉为“新材料”之王,具有高硬度、高导热性和导电性、高弹性等性能,相比传统的硅晶圆,石墨烯单晶圆在性能上提高了十倍以上,打破国际硅基芯片的垄断。

4.北京石墨烯研究院自主研发的超级石墨烯玻璃、第三代+半导体照明技术、烯碳光纤、超洁净石墨烯薄膜制备技术以及四英寸无褶皱单晶石墨烯晶圆制备技术都得到石墨烯同行们的广泛认可。其中,超级石墨烯玻璃赋予了传统玻璃所不具备的导电、导热、生物相容性等诸多优异特性,将大幅拓展玻璃应用领域,全面推动玻璃产业转型升级;烯碳光纤将成为传统光纤领域的变革性技术,有望在电光调制器、超快激光器、光纤探测器和传感器以及光纤通讯领域得到重要应用;将石墨烯作为第三代半导体材料的外延生长缓冲层,显著降低半导体薄膜的缺陷浓度,掌握了下一代半导体照明核心技术。

全球石墨烯行业市场规模近年来稳步增长,2019年全球石墨烯行业市场规模为77亿美元,复合增长率为45.89%,未来两年石墨烯市场的市场增速预测将达到将保持约20%。

5.《中国石墨烯产业研究报告》认为,到2023年全球石墨烯市场规模将超过13亿美元,复合增长率高达47%。2025年有望达到1000亿元占世界市场规模超过一半,成为全球最大的石墨烯消费国家。未来5-10年,导电添加剂、防腐涂料、触摸屏等低端应用领域的产业化将趋于成熟,超级电容、传感器、电子芯片等中高端领域也将逐渐进入产业化,石墨烯产业将进入快速成长期,市场空间将快速扩大。

6.华创证券指出,作为碳基芯片的材料石墨烯晶圆,和以往的硅基芯片不同,是一种全新形态的芯片,石墨烯单晶圆要比传统的硅晶圆在性能上提高了十倍以上。硅基芯片在全球的垄断地位会被全面打破。

7.德尔未来近日在互动平台表示,控股子公司厦门烯成石墨烯科技有限公司是较早掌握石墨烯大单晶制备技术的企业,所生产的G-CVD石墨烯生长设备可以用于大单晶的石墨烯制备。

8.宝泰隆旗下北京石墨烯研究院已成功研发出石墨烯单晶晶圆。

9.中国工程院院士、副院长干勇:第四次工业革命,是以石墨烯、基因、虚拟现实、量子信息技术等为技术突破口的工业革命。

10.石墨烯气凝胶在新能源二次电池领域如锂离子电池、锂/硫电池、钠离子电池中

广泛应用。

石墨烯气凝胶是由石墨烯片层经过相互搭接、组装而成的三维多孔网络结构,具有高电导

率、高比表面积、高孔隙率、较高柔韧性和弹性及低密度等特点,在海水表面吸附油污、机械减震、杂质过滤等领域得到推广。

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