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14 2 HTTP://RESEARCH.CSC.COM.CN 中小公司研究 中小公司动态研究报告 请参阅最后一页的重要声明 主题机会展望:石墨烯,离梦想还有多远(之一) 自华为宣布与曼彻斯特大学合作研究石墨烯的商业应用以来,板块普涨.石墨烯在

2004 年首次在实验室被 获得,此后以 新材料之王 、 硅时代的颠覆者 等光环为人所知,然而其在制备工艺和工业化道路上,依旧 面临成本较高、良率较低、品质不稳定等问题. 石墨烯定义 石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以 sp2 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,是只有一个碳原 子厚度的二维材料.石墨烯可以看做是单质碳材料的基元,富勒烯和碳纳米管都可以看成是由单层的石墨烯依 照某种方式卷成的,而石墨正是由很多层石墨烯堆叠而成.石墨烯过去一直被认为是假设性的结构,无法单独 稳定存在.直到

2004 年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈・盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁・诺沃肖洛夫 (Konstantin Novoselov)以简单的胶带机械剥离的方法获得了石墨烯,并在理论方面取得了巨大成果,二人因 此共同获得了

2010 年诺贝尔物理学奖. 单层石墨烯仅有一个原子的厚度,为0.335 纳米,1 毫米的石墨大约包含

300 万层的石墨烯,是目前已知的 最薄的一种材料.国内对于石墨烯材料的定义标准为:碳原子层在 1-10 层的石墨烯及相关衍生物统称石墨烯材 料,超过

10 层归属于石墨范畴.之所以以此定义是因为碳原子层在 1-10 层的材料还能保留一部分石墨烯的特 殊性能,而10 层以上的材料几乎丧失石墨烯的高性能,而更趋于石墨. 图1:石墨烯是二维原子晶体 图2:诺沃肖洛夫团队用简单的胶带剥离法得到石墨烯 资料来源:中信建投证券研究发展部 资料来源:中信建投证券研究发展部 最强性能 石墨烯是人类已知的最薄、最坚硬的纳米材料;

在纳米级别上,强度是钢铁的

20 倍,但同时具有 20%拉伸 不断裂的柔性;

它几乎是完全透明的,只吸收 2.3%的光;

导热系数高达 5300W/m・K,高于碳纳米管和金刚石, 常温下其电子迁移率超过

15000 cm2/V・s,高于纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约 10-8 Ω・m,比铜或银更 低,为世上电阻率最小的材料.其优于金属单体和半导体的高导电性使其能够成为极好的导电材料;

高导热性 使得石墨烯薄膜能够作为热界面材料使用;

除此之外,石墨烯的高透光性、高比容量、高比表面积和高致密性 使其成为触摸屏、锂电池负极材料、超级电容、太阳能电池和渗透膜等的理想材料.

3 HTTP://RESEARCH.CSC.COM.CN 中小公司研究 中小公司动态研究报告 请参阅最后一页的重要声明 表1:石墨烯具有最强性能 性能分类 简介 下游应用 高导电性 电子和空穴的有效质量都等于零, 电子运动速度为光速的 1/300, 载流子迁移率 15,000cm2/V-1.s-1,优于金属单体和半导体,是目前已知迁移率最高的锑化铟 的2倍,超过商用硅片迁移率

10 倍.电阻率约 10-6 Ω・cm,比铜和银低,为 目前世上电阻率最小的材料. 导电材料、导电添加剂、集成 电路、芯片 高导热性 导热系数高达

5300 W/m・K,高于碳纳米管和金刚石,比所有材料导热性都强 导热材料/热界面材料 高强度 130GPa,已知测量过的强度最高的物质.它的强度比钢铁还要高

200 倍,具有

1 TPA(150,000,000 psi)时的拉伸模量(刚度) 机械性能材料 高柔性 拉伸 20%不断裂 可折叠显示器、电子纸 高透光性 几乎是完全透明的,只吸收 2.3%的光 触摸屏 高比容量 石墨 370mAh/g;