1. 石墨烯原材料分布在中國哪些省份
我國80年代發展了萊西、武川、伍園、西峽等礦,廣東佛岡煤礦和雞西磷礦兼有石墨生產礦場。至1985年全國縣屬以上的大、中型石墨企業有25家,鄉鎮小型企業200多家,全國年產量27.9萬t,出口量從1978年的1.37萬t增長至8.1萬t,成為非金屬礦中的大宗出口產品。
同時,由於不斷開拓深加工產品,產品結構也發生較大的改善,已能生產代表當代國際先進水平的彩電管石墨乳,GRT節能減磨添加劑、可膨脹石墨、石墨板材、石墨密封件和石墨耐火材料等6大類近1000種深加工產品。石墨烯不是一種礦物,所以沒有儲量可言。石墨烯要靠人工合成的。
下面是石墨烯原材料的介紹:
石墨烯是2004年出現在實驗室中。當時,英國的兩位科學家安德烈·傑姆和克斯特亞·諾沃塞洛夫發現他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片,然後將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上,撕開膠帶,就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作,於是薄片越來越薄,最後,他們得到了僅由一層碳原子構成的薄片,這就是石墨烯。這以後,制備石墨烯的新方法層出不窮,經過5年的發展,人們發現,將石墨烯帶入工業化生產的領域已為時不遠了。
石墨烯的合成方法主要有兩種:機械方法和化學方法。機械方法包括微機械分離法、取向附生法和加熱SiC的方法 ; 化學方法是化學還原法與化學解理法。
2. 我國石墨烯的專利申請數量居世界首位,它將帶來顛覆性的變革嗎
在當今世界,新材料成了一個關鍵詞,其中最火的一個詞莫過於"石墨烯"了,最近幾年,石墨烯的熱度比碳納米管還要熱,它到底有什麼樣的特性,讓整個世界都如此關注呢?石墨烯於2004年被發現,成分是石墨,由碳原子組成的六角形的結構,一層看著像蜂窩似的薄膜,只有一個原子厚,為頭發直徑的20萬分之一,是你能想像到的最薄材料,可以被稱為二維材料了,也就是只有長度和寬度,厚度可以忽略。
首先是它非常薄,所以對周邊的環境變化非常敏感,即便只是一個氣體分子撞擊它也會變形,從而使其電阻發生變化,這種特性可以用來製造感測器器件;由於它薄,只吸收2%的光線,這意味著它是幾乎肉眼看不到的透明,其高透明度可以運用到一系列的新技術當中,比如,可以實現把衛星導航系統集成在汽車擋風玻璃上,甚至把顯示屏內置在隱形眼鏡中。
3. 中國的石墨烯有多少儲量
石墨烯不是一種礦物,所以沒有儲量可言。石墨烯要靠人工合成的。
但是有石墨礦的。
我國80年代恢復發展了萊西、武川、伍園、西峽等礦,廣東佛岡煤礦和雞西磷礦兼有石墨生產礦場。至1985年全國縣屬以上的大、中型石墨企業有25家,鄉鎮小型企業200多家,全國年產量27.9萬t,出口量從1978年的1.37萬t增長至8.1萬t,成為非金屬礦中的大宗出口產品。1990年中國石墨生產出現高峰,年產量67.9萬t,出口量14.1萬t,1992年降為50.8萬t,出口量15.5萬t。1995年又出現新的高峰,年產量達216.3萬t,其中鱗片石墨產量54.9萬t,出口量15.4萬t。目前共有國有骨幹礦山9座,地方國有礦山15座,集體及鄉鎮采選廠礦187家,各種加工廠180餘家,形成以黑龍江柳毛、山東南墅、內蒙古興和為重點的晶質石墨生產基地和以湖南魯塘為中心的隱晶質石墨生產基地,國有骨幹礦山的產量佔全國產量的38%,集體及鄉鎮企業產量佔62%。
我國石墨礦業歷經70多年滄桑,雖然也有幾次曲折,但總體發展顯著,至1995年不僅年產量為1949年產量的365倍,而且已形成為采礦、選礦、加工、質量提純和石墨製品一系列配套的綜合性產業。年產量約佔世界產量的一半,居於首位。產品品種20多種,產品牌號272種,產品質量、粒度分級及粉碎加工方法達世界先進水平。同時,由於不斷開拓深加工產品,產品結構也發生較大的改善,已能生產代表當代國際先進水平的彩電管石墨乳,GRT節能減磨添加劑、可膨脹石墨、石墨板材、石墨密封件和石墨耐火材料等6大類近1000種深加工產品。長期以來,石墨一直是我國非金屬優勢礦產之一,今後仍將繼續穩步發展。
4. 石墨烯原材料分布在中國什麼省份
石墨烯原材料主要是石墨礦,主要分布在黑龍江、四川、山東、河南、內蒙古、陝西、山西、雲南、西藏、江西、湖北、吉林、甘肅、遼寧、海南、福建、河北、新疆、廣東、安徽20個省、自治區。
石墨烯,具有優良的耐高溫特性,具有優良的耐腐蝕特性, 石墨烯是目前已知最硬的,同時擁有最高電導和熱導性能的物質。它的優異性質如下:
石墨烯已在高性能復合材料、顯示材料和感測材料等精密電子功能材料、超級電容器、燃料電池、儲能材料等新能源材料的應用開發方面,具備十分突出的表現。特別在高性能復合材料方面,表現優異。
5. 全球資源狀況和趨勢
我國自然資源及其利用的基本特徵是資源總量豐富但人均少,資源利用率低且浪費嚴重。
我國以佔世界9%的耕地、6%的水資源、4%的森林,1.8%的石油、0.7%的天然氣、不足9%的鐵礦石、不足5%的銅礦、和不足2%的鋁土礦,養活著佔世界22%的人口;大多數礦產資源人均佔有量不到世界平均水平的一半,我國佔有的煤、油、天然氣人均資源只及世界人均水平的55%、11%和4%。中國最大的比較優勢是人口眾多,最大的劣勢是資源不足。
由於長期沿用以追求增長速度、大量消耗資源為特徵的粗放型發展模式,在由貧窮落後逐漸走向繁榮富強的同時,自然資源的消耗也在大幅度上升,致使非再生資源呈絕對減少趨勢,可再生資源也顯出明顯的衰弱態勢。
首先要科學認識自然,尊重自然規律。第二,要在自然生態系統可以調節的彈性范圍內來控制開發行為,要注意做修復自然生態的工作。如正在進行的天然林保護、退耕還林、退牧還草等等。第三,要調整產業結構,要改變經濟增長方式,提高科技水平。需要按照清潔生產和循環經濟的理念來發展產業。第四,要加大投入,抓重點,採取各種措施,來抑制或者減輕各種污染,包括水污染、大氣污染和固體廢棄物的污染等等。第五,要加強宣傳教育,要提高民眾環境意識和可持續發展的意識,要改變消費觀念和生活方式,適應建設資源節約型、環境友好型社會要求。第六,要健全法制,強化監督,保證經濟和社會發展沿著全面協調可持續發展的道路來前進。
6. 中國從玉米芯里"變出"石墨烯 已量產創超億元產值,是不是假的
聖泉模式」攻克高成本難題,秸稈玉米芯提取「廉價」石墨烯
石墨烯自2004年被發現後,全球對其研究的熱度始終不減,但卻一直面臨著高質量石墨烯制備和快速高效轉移兩大關鍵問題,石墨烯的產業化和多領域應用也一直是世界性難題。由於石墨烯制備成本過高,市場價格居高不下,無法讓大多數人買得起,再次加劇了產業化、商業化的困難。
7. 中國最大的石墨烯礦
內蒙古石墨的遠景儲量約為3億~5億噸,是中國最大的石墨烯礦。目前已探明石墨資源總量1.3億噸,約佔全球可采儲量的7.3%,平均品位5.45%。據介紹,這樣高品位、超大規模的石墨礦藏在國內尚屬罕見。
中國最大的石墨烯礦
據內蒙古國土資源廳相關工作人員介紹,石墨的價值體現在石墨鱗片的大小上,鱗片越大,價值越高。大鱗片石墨是生產高端精密器件的基礎性原料,但全球已探明的大鱗片石墨礦物量並不多。
業內人士表示,如此高比例的大鱗片石墨在全球也不多見,這將彌補我國大鱗片石墨資源的不足。同時,這處礦藏具有全球少數可以進行石墨全產業鏈深加工的石墨資源,開發價值巨大。
隨著現代科學技術和工業的發展,石墨的應用領域還在不斷拓寬,已成為高科技領域中新型復合材料的重要原料,在國民經濟中具有重要的作用。
8. 石墨烯哪個國家最多
中國。中國是世界石墨烯大國。
9. 石墨粉怎麼凝固成塊狀石墨,用什麼粘接劑最好請詳細說一下,謝謝
在往屆冬奧會中,曾出現過現場寒冷導致大量觀眾提前退場、媒體記者和志願者手腳凍僵難以正常工作的情況。
本屆北京冬奧會運動場館的溫度最低可達零下30多攝氏度,而高科技材料石墨烯有效幫助了工作人員和5G轉播設備等抵禦低溫挑戰。在通電的情況下,石墨烯產生的熱能以平面方式均勻地輻射出來,可以很好地被人體接受,產生由內而外的溫暖。
石墨烯的發現者之一、2010年諾貝爾物理學獎得主安德烈·蓋姆(Andre Geim)這樣描述石墨烯:「石墨烯對很多人來說就像愛麗絲仙境一樣,非常神奇。」
石墨烯,神奇在哪?
文丨崔赫翾 瞭望智庫觀察員
本文由瞭望智庫綜編。
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撕出來的石墨烯
石墨烯是目前發現的最薄、最堅硬,導熱、導電性能最好的一種新型納米材料,它的熱傳導能力是金剛石的兩倍以上,機械強度比鋼鐵強200倍,導電性比銀和銅還強,被稱為「黑金」以及「新材料之王」。
作為碳材料家族的新成員,石墨烯與石墨、金剛石一樣,都是碳的同素異形體。石墨烯本來就存在於自然界,只是難以剝離出單層結構,1毫米厚的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過,留下的痕跡可能就是數不清多少層的石墨烯。
2022年2月17日,北京石墨烯技術研究院展廳內展示的石墨烯原料。圖|視覺中國
1987年,法國《礦物化學》雜志的一篇論文中首先出現「graphene」(石墨烯的英文名稱)一詞,用於描述單層的石墨片層。不過,這個概念在提出後並沒有引起多少人關注石墨烯本身,而是多用於描述日本科學家飯島澄男發現的碳納米管。
在當時,石墨烯之所以沒能獲得足夠的關注,是因為早在70多年前,理論研究就表明,完美的二維結構晶體無法在非絕對零度的環境中穩定存在。
有理論認為,物質的熔點會隨著其尺寸的減小而減小,當物質的尺寸達到原子級別時會變得很不穩定,傾向於分離成島狀結構或分解。石墨烯作為一種原子厚度級的二維晶體材料,顯然違背了這個理論,許多科學家就止步了。
不過,幾十年來還有一些科學家在積極實驗,尋求突破:
1979年,科學家在真空條件下加熱摻有碳的單晶鎳時,在不同的溫度下分別檢測到了薄層墨片和較厚的石墨片的生成;
1988年,科學家在利用蒙脫土片層間的二維罅隙制備高定向石墨的過程中,觀察到了石墨烯的存在,但是當時所制備的石墨烯只能依附於模板而存在。
直到2004年,英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·蓋姆(Andre Geim)
和康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)用一種非常簡單的實驗方法突破了科學家們的理論認知。
他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片,然後將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上,撕開膠帶,就能把石墨片一分為二。就這樣不斷操作,薄片越來越薄,最後得到了僅由一層碳原子構成的薄片,這就是石墨烯。
其實,實驗室里用膠帶粘石墨是常規操作。因為石墨是片狀結構,需要用儀器觀察石墨時,研究員往往會用膠帶去除石墨表層,從而露出一個干凈的表面。蓋姆從這樣的日常操作中,通過想像力完成了一個不可能的任務。
2004年10月,他的研究小組在《科學》雜志上發表了這一研究成果,震撼了科學界。6年後,兩位發現者就共同獲得了2010年諾貝爾物理學獎。
在科學家眼中,石墨烯超乎尋常的性能讓幾乎所有已知材料都難以望其項背。
在力學性能力方面,石墨烯的抗拉伸強度值超過常規鋼鐵材料100倍;
在傳輸電子能力方面,常溫下石墨烯的電子遷移率超過本徵半導體硅10倍;
【註:本徵半導體(intrinsic semiconctor)是指完全不含雜質且無晶格缺陷的純凈半導體,一般是指其導電能力主要由材料的本徵激發決定的純凈半導體。】
在熱傳導能方面,石墨烯的熱傳導率值超出熱的良導體金屬銅10倍;
在光學透過性方面,單層石墨烯對太陽光的吸收率僅為2.3%,幾乎是完全透明的。
單原子層的特殊結構賦予了石墨烯極大的比表面積,單層石墨烯的理論比表面積可達2600平方米/克。
蓋姆說:「它是有史以來強度最大的物質,是我們所知道的最堅固的材料,它還是拉伸強度最好的晶體。當然,它的超強性能還不止這些,但這已經讓人相當吃驚了。」
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概念應用大放異彩
2020年4月23日,中國科學院山西煤炭化學研究所內,研究人員研製石墨烯新能源材料。圖|視覺中國
近些年來,航空航天產業對復合材料的性能提出了更高的要求,而具有高強度、高導熱、抗電磁干擾等性能的石墨烯應用前景廣闊,可應用於大型微波暗室用吸波材料、飛行器與武器平台隱身、輕質復合材料、抗雷達干擾線纜、航空航天熱管理系統、飛機輪胎、雷達電磁屏蔽等領域。
在光伏產業中,石墨烯可以憑借其提高玻璃透光率與玻璃自清潔能力,達到進一步提升組件功率、提升組件發電能力的目的。就自清潔能力而言,常見的組件技術往往只具備超親水或者光觸媒效果,而將這兩種技術完美融合在一起的只有石墨烯技術。
在軍工領域,添加了石墨烯的復合材料可以很大程度增強耐撞擊性,可以應用在空投箱、子彈箱、裝甲車輛上,替代鋼鐵部件;可以用於製造防彈頭盔、防彈背心;還可以應用到登陸艦艇,從而滿足輕量化、抗撞擊、防彈的特殊要求。憑借電磁屏蔽性質,石墨烯也可以用來做隱形飛機、隱身材料……
在生物醫葯領域,石墨烯的應用主要集中在生物感測器、葯物載體、光線療法及生物成像等方面。舉個例子,人體能發射遠紅外光,而石墨烯具有超高的載流子遷移率,遠紅外光投射到它上面後產生的電子可以被迅速地採集。這樣,戴上用石墨烯鏡片製成的眼鏡,就可以在夜裡看清一切東西。此外,還可以採集使用者本身的血糖、腦電等生理數據。
在電子信息領域,石墨烯潛在的應用主要集中在柔性顯示和觸摸屏、感測器、RFID、散熱材料等領域。傳統透明導電膜大都採用ITO材料,ITO含帶毒性的稀有元素銦,而且價格昂貴,缺乏柔韌性。因此,不少廠商已在開發新型的透明導電膜。目前ITO的替代材料有金屬網格、碳納米管、納米銀線等,但它們均有不同程度的缺陷,這給石墨烯提供了足夠的替代空間。
蓋姆在獲得諾貝爾獎之後曾到訪三星公司,當看到三星公司編制的石墨烯產品路線圖的50個特殊性能應用的時候,他認為最接近合理市場價值的應用之一是其柔韌性極好的觸摸屏。
在環保領域,蓋姆研究發現氧化石墨烯薄膜可屏蔽除水之外所有其他分子,由此發現石墨烯有望用於制備過濾器材料,從而在海水凈化、污水處理等方面實現應用。
不僅如此,科學家對石墨烯最終取代硅成為計算機晶元的基礎材料,也持樂觀態度。
對於普通人的日常生活來說,蓋姆曾經用塑料來類比過石墨烯,他認為石墨烯可以開發出種類繁多的材料,就好像塑料一樣,未來可以應用到生活中的各個角落。科研人員也發現石墨烯可用做綳帶、食品包裝甚至抗菌T恤。
還有一些科學家有著更遠大的理想,他們將製造2.3萬英里長的太空電梯的夢想,也寄託在石墨烯上。
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石墨烯產業「三大件」
據統計,我國石墨礦儲量佔到世界總儲量的75%,具備發展石墨烯產業的資源基礎。2004年至2013年,我國石墨烯處於實驗室研究階段,研究的產品包括晶體管、調制器、導電管等。
2021年6月19日,一條石墨烯生產線搬入哈爾濱新區。圖|視覺中國
2013年起,石墨烯商品開始出現。由於制備技術還不成熟,只有一些對石墨烯質量要求不高的產品實現商品化,如鋰電池、石墨烯散熱薄膜等,但這些產品下游需求不大,主要替代一些傳統材料。在此期間,2012年工信部發布《新材料產業「十二五」發展規劃》,規劃中的前沿新材料就包括石墨烯。
此後,我國又進一步明晰了石墨烯未來十年發展目標——
電動汽車鋰電池用石墨烯基電極材料:較現有材料充電時間縮短50%以上,續航里程提高1倍以上; 海洋工程等用石墨烯基防腐蝕塗料:較傳統防腐蝕塗料壽命提高1倍以上。 柔性電子用石墨烯膜:性價比超過ITO,且具有優異柔性,可廣泛應用於柔性電子領域; 光電領域用石墨烯基高性能熱界面材料:石墨烯基散熱材料較現有產品性能提高2倍以上。 整體突破石墨烯的規模製備技術:石墨烯粉體的分散技術,石墨烯基電極材料的復合技術。
2016年,科技部印發《「十三五」材料領域科技創新專項規劃》,提出要發展單層薄層石墨烯粉體,高品質大面積石墨烯薄膜工業制備技術,柔性電子器件大面積制備技術,石墨烯粉體高效分散、復合與應用技術,高催化活性納米碳基材料與應用技術。
從這一年起,我國石墨烯企業數量快速增長,僅當年全國新增注冊石墨烯相關企業數量就達704家,同比增長113%,其中多以研發為主,有實質性業務收入的企業數量僅為125家。
截至2020年6月底,我國在工商部門注冊的、營業范圍包括石墨烯相關業務的企業已經達到了16800家。全國成立石墨烯產業園29個,石墨烯研究院54家,石墨烯產業創新中心8個,石墨烯聯盟12個,分布在21個省市。
「國外更多關注真正體現石墨烯新材料特性的未來型技術研發,而中國則非常重視近期的實用性產品的開發。」 中國科學院院士、北京石墨烯研究院院長劉忠范說。
劉忠范還介紹,目前,中國石墨烯產業有「三大件」,約占總體產業的90%:一是新能源,將石墨烯用作鋰離子電池的導電添加劑,使電池充電速度更快,電容量也有提升;二是添加進防腐塗料,節省防腐塗料中較貴的鋅的含量,同時提升防腐性能;三是大健康領域,比如利用其導熱性能製作眼罩、護膝等理療產品。
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防止炒作過熱
石墨烯一經發現就在世界各國備受追捧,在資本市場更是追逐的焦點,這也導致了五花八門的石墨烯概念和應用被炒作過熱。
比如,上周科學家剛剛發表一篇關於石墨烯離子篩性能的文章,本周資本市場就會聯想到海水淡化的市值,相關股票隨即暴漲。
很多企業號稱的石墨烯新品,只是往產品裡面加入了少量石墨烯,提高了相關性能,石墨烯扮演的多是添加劑的角色,新品也很難能被認為是真正的石墨烯產品。
2018年的《先進材料》上曾發表一篇文章,作者之一是石墨烯諾貝爾獎得主康斯坦丁·諾沃肖洛夫。這篇文章中,研究者們分析了來自美洲、亞洲和歐洲60家公司的粉體石墨烯樣品,發現大多數公司的樣品中石墨烯含量低於10%,而且沒有一家樣品中石墨烯的含量超過50%。
此外,石墨烯的極強導電性、強度、透光性和導熱性等特性,只是單原子厚度石墨烯的微觀性能,而當下偽石墨烯概念炒作,將石墨烯的微觀性能誇大為宏觀性能。
比如,石墨烯的厚度只有0.35納米,即使是1毫米厚的鋼板,也是石墨烯厚度的200多萬倍。即使石墨烯強度較高,也要幾千層石墨烯疊加在一起才能承受1毫米鋼板所能承受的力量。
嚴格意義上講,只有單層石墨片才是真正的石墨烯,但從應用的角度講,大家的共識是,10層以下可稱為石墨烯。石墨烯一旦疊加大約超過10層,就會喪失大多數獨有特性,重新變成石墨,更不要提幾千層。
中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟標准委員會主任戴石峰曾指出,一些企業把石墨烯神化,將其宣傳為萬能材料,個別企業甚至將石墨當石墨烯來售賣,這對產業的發展極為不利。
學術界對石墨烯的共識是,目前石墨烯材料的成本過高且技術方面不完善,若要大規模實現工業化應用尚存在一定的困難。
在現在常見的制備方法中,氧化石墨還原法是最常用的方法,但這種方法常常會帶來大量的廢酸、廢水。比如用濃硫酸加上高錳酸鉀去煮石墨,生產1公斤石墨烯需要耗費50公斤濃硫酸、3公斤高錳酸鉀和1噸水。
而化學氣相沉積法(CVD),是將乙烯或乙炔等氣體導入到一個反應腔內,讓這些氣體在高溫下分解,經過冷卻後,碳原子就沉積在基底表面形成石墨烯。雖然CVD能滿足規模化制備大面積、高質量的石墨烯要求,但成本較高、工藝復雜。
而由於制備成本一直居高不下,石墨烯價格一度高達5000元/克,比黃金還貴十幾倍,這也阻礙了石墨烯下游市場的產業化步伐。
石墨烯未來會如何?
中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李義春認為,「業界雖然有爭議,但科技創新,什麼事情都可能發生,我們要有開放的心態。」
參考資料:
1.石墨烯:神奇材料看這里!丨經濟日報,2020-10-21
2.新材料之王「石墨烯」究竟是什麼?丨楊傑,中國科學院物理研究所
3.專訪|諾獎得主蓋姆談三維世界中的二維石墨烯:材料革命來了丨澎湃新聞,2022-2-19
4.神奇材料石墨烯——2010 年度諾貝爾物理學獎得主安德烈·蓋姆訪談錄丨世界科學,2010-12
5.石墨烯利好政策頻現,理性發展未來可期丨新材料產業,2017-10
6.石墨烯的這十年丨網路知識,2014-12
7.石墨烯發展年度報告:我國石墨烯產業仍處在概念導入期丨新華社,2017-07-06
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10. 石墨烯的用途
我國對石墨烯領域的研究與開發較早就給予了關注。根據統計,我國石墨儲量佔全球的70%以上,石墨烯研發應用水平也與發達國家基本同步。與此同時,國家還資助了大量有關石墨烯的基礎研究項目。
因為石墨烯是目前為止導熱系數最高的材料,具有非常好的熱傳導性能,所以它也被大量運用在全新的採暖行業。
綜上所述,石墨烯材料非常適合應用於新型採暖行業,讓採暖過程更加舒適,便捷。