PDF《CHINA SECURITIES RESE ARCH》

石墨烯 540mAh/g;

石墨烯+纳米管 730mAh/g 锂电池负极材料 高比表面积 层比表面积 2630m2/g,普通的活性炭 1500m2/g 超级电容,传感器 高致密性 任何气体不能通过,~0 for He 渗透膜 资料来源:中信建投证券研究发展部 除了上述卓越的常规性能外,石墨烯在特定条件下还会展现特殊性能,对于自旋电子学、超速计算机、大 规模 IC 等领域都具有重要意义.但需要注意的是,石墨烯的大部分高强性能是基于纳米级层面的测算,由于片 状堆积或结晶缺陷将会使石墨烯失去大部分的性能,如何将微观级别的石墨烯组装成为宏观有序材料,并保持 纳米级的性能,是其未来发展的关键. 表2:石墨烯的其他部分特殊性能 性能分类 简介 自旋霍尔效应 即向非磁性体导电材料通电时,会沿着垂直于电流的方向产生自旋流,即出现材料被磁化的现象.由于能够通过电流 的强度来控制磁化强度,因此有望应用于电流与磁性相融合的 自旋电子学 .以前自旋霍尔效应发生的磁化现象都 非常弱,而且只在微小尺寸的元件上发现过这种现象.而石墨烯即便在室温下施加 0.1T 的弱磁场,仍可产生足够大的 效应;

且即便是数μm 的较大尺寸,自旋流也不会衰减 无散射传输 电阻值一般会随着布线长度成比例增加,而无散射传输布线则是布线越长,单位长度的电阻值越低.这有助于解决大 规模集成电路总体布线中的传输延迟问题.普通半导体需要以数 K 的极低温度为必要条件能够发生无散射传输,且发 生这一现象的长度非常短,仅为数 nm~数百 nm.而石墨烯有望在室温下实现长达数 mm~数cm 的无散射传输 量子反常霍尔 效应 即无需外加磁场即可以让电子运动状态确定化,热运动中的电子没有特定轨迹,相互碰撞发热,而在量子霍尔效应中, 电子运动确定化,从而降低能量损失,提高传输速度,推动超级计算机的发展.石墨烯是应用量子反常霍尔效应最理 想的材料 液晶性 随着浓度增高会发生取向.不但可以形成向列相液晶,取向不明显;

还可以形成取向规则的层状液晶;

窄分布的石墨 烯可以形成手性液晶相,液晶相态丰富. 资料来源:中信建投证券研究发展部 制备方式 从最终的产品形貌来看,目前主要分为粉体和薄膜两种.石墨烯粉体由 1-10 层不等的石墨烯微片构成,潜 在的下游应用是导电添加剂、复合材料、散热导热、导电油墨、储能、海水淡化、防腐材料等;

石墨烯薄膜是 相对大尺寸的石墨烯单晶或多晶薄膜,主要适合用于触摸屏.目前已知的制备石墨烯的方法有

10 种以上,最主 流的有机械剥离、SiC 热分解法、氧化石墨还原和 CVD(化学气相沉淀法)4 种.

4 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 图3:石墨烯制备方法及产品形貌 资料来源:日经技术在线,中信建投证券研究发展部 石墨烯制备方法孰优孰劣,还要由具体的下游需求决定.例如作为锂电池添加剂材料,产线未来可能面临 工业级量产需求, 那么生产

1 平米仅

1 毫克左右的单层石墨烯的 CVD 方法产量显然很难在吨级需求和成本上寻 求平衡.相对来说,机械剥离和外延生长法获得的石墨烯品质较高,但只适合实验室级别的小规模生产,氧化 石墨还原法更适合于石墨烯粉体的量产,而化学气相沉积法更适合于石墨烯薄膜的大规模生产. 表3:石墨烯制备方法比较 生产方法 产品尺寸 产品品质 制造成本 是否适合产业化 机械剥离法 小尺寸 分子结构较完整 较低 不易形成量产 SiC 热分解法 大尺寸 薄片不容易与 SiC 分离 单晶 SiC 成本高 适合小批量生产 氧化石墨还原法 大尺寸 分子结构容易被破坏 较低 可以大规模生产 化学气相沉积法 大尺寸 结构完整,质量较好 较高 可以大规模生产 资料来源:中信建投证券研究发展部 石墨烯制备目前仍普遍面临成本较高、良率较低、品质不稳定等问题.不含缺陷和杂质的高品质石墨烯最 早价格甚至高于黄金,经过了几年的发展,目前国内部分通过氧化石墨还原的方法可以将成本降至 3-5 元/克, 然而得到产品以晶格缺陷较高、多层堆叠(通常为