关于石墨烯电池的调研报告

关于石墨烯电池的调研报告

0引言

《世界报》的一则关于西班牙Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池的消息，引起了世界各地的转发与评论，该消息称石墨烯聚合材料电池能够提给电动车1000公里的续航能力，而其充电时间不到8分钟。为调查此消息的真实性与石墨烯聚合材料电池的可行性，于是检索、收集了大量的资料，并总结做出了自己的调查结果。 1石墨烯简介

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，只有一个碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004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，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因「在二维石墨烯材料的开创性实验」为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达K m W ?/5300，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过s V cm ?/215000，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约m ?Ω-810，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

特斯拉CEO 马斯克近目在接受英国汽车杂志采访时表示，正在研究高性能电池，特斯拉电动车的续行里程很快将能达到800公里，比目前增长近70％。其表示，特斯拉始终致力于打造纯电动汽车，将继续革新电池技术，不考虑造混合动力车。特斯拉Model3电动汽车的续行里程有望达N320公里，售价约为3.5万美元。[]《功能材料信息》 2014年第11卷第4期 56-56页据悉，石墨烯兼具高强度、高导电性、柔韧性等优点，应用于锂电池负极材料后，可大幅度提高其电容量和大倍率充放电性能 ，或成特斯拉电池的理想材料。 特斯拉研究高能电池石墨烯或为理想材料

这项新技术的核心在于，新型多孔石墨烯材料含有巨大的内部表面区域，因此能实现在极短时间内充电。所充电能量与普通锂电池的电能量相当。更重要的是，石墨烯电池电极在经过1万次充放电之后。能量密度并未出现明显损失。

这种多孔石墨烯材料的超级电容，还可以为电动车节省大量的能量"如今，电动车的电能浪费现象仍旧普遍存在"

1新闻方面

首先，我从网上搜索了相关的新闻，包括ZOL 新闻中心科技频道的“石墨烯电池或将引领改革：充电10分钟跑1000公里”说道“这项突破性研究，为人类认知石墨烯等材料特性带来全新发现，并有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性的进步”；21世纪经济报道的“中国2015年量产石墨烯锂电池或颠覆电动车行业”说道“2014年12月初，西方媒体报

道，西班牙Graphenano公司和西班牙科尔瓦多大学合作研发的石墨烯电池，一次充电时间只需8分钟，可行驶1000公里。它被石墨烯研究者称做‘超级电池’”并且中国石墨烯产业技术战略联盟秘书长李义春12月24日对21世纪经济报道记者称“我们现在还在了解情况，正在求证西班牙这种电池的具体情况，如果确认是这样的，那确实是革命性的变化出来了”；东莞市锂辉电池科技有限公司的一篇文章“解读美国Envia公司的新星画皮”更是揭露了“在Envia事件里，人性的贪婪自私和虚伪都暴露得淋漓尽致”；另外还查看了相关论坛，评论者对这则新闻的真实性表示怀疑，比如“8分钟？输入端至少得1000A，普通住宅都是32A 的电，很多老旧小区才10A，而且1000A需要的线难以想象”，但也不乏有支持者“理论到实践再到应用于社会，这只是一个时间上的问题”。对于这则爆炸性的新闻的真实性我们无法真实，但是其可行性对石墨烯研究者以及电池研发者们确实提供了一个研究方向。

IT之家的一则消息，“使用石墨烯：5分钟即可充满电的超级充电宝”，此超级电容是由石墨烯作为最重要的组成材料而制成的。但由于它是一个超级电容，因此Zap&Go在充满电后电量会慢慢流失，大约3天损失20%的电量。作为急需之用，其发展前景还是很大的。

锂电池传统制造强国是日本和韩国，在石墨烯电池上他们也正在抢夺技术先机，韩国科学家早在去年11月就宣布，最新发明的石墨烯超级手机电池，可存储与传统电池等量的电量，但充电时间只需16秒。

李义春介绍说，目前国内对石墨烯电池的研究进展顺利，一些高校研发团队和深圳的企业进行合作，研究已经进入了中试阶段，“预计2015年上半年就可能实现量产，性能会有很多提升。比如可以在不增加多少成本前提下，增加锂电池的充放电次数，提高电池安全性等。”不过，据石墨烯电池研究人士透露，目前国内主要研究的是石墨烯运用到锂电池上，而非全新体系的“超级电池”，所以国内技术和超级电池有一定差距。国家相关部门对此很重视，2015年出台的“十三五”新材料规划可能将石墨烯纳入其中。[]中国粉体工业

2文献方面

为证实其可行性，于是我查阅了大量相关的文献并对文献内容进行了分析与整理。

特斯拉聚焦下一代电池革新石墨烯材料或成行业突破方向

公开资料显示，近年来石墨烯等新型负极材料的研发与应用，开始受到业内的关注。石墨烯是一种新型材料，是已知材料中最薄的一种。由于它的电阻率低，电子迁移的速度极快，表面积大和电性能良好，被科学家认为是锂离子电池的理想电极材料。

研究证明，将石墨烯应用于锂离子电池负极材料中，可以大幅度提高负极材料的电容量和大倍率充放电性能。石墨烯可阻止复合材料中纳米粒子的团聚，缓解充放电过程中的体积效应，延长材料的循环寿命。粒子在石墨烯表面的附着，可减少材料形成SEI膜过程中与电解反应的能量损失。

刘重才，陈晓力.上海证券报2014-07-23

香港理工大学的研究人员声称，他们研制成功一种新型的只依靠周围环境热量运行的石墨烯

电池。据说该装置能捕捉溶液中的离子热能，并将其转换成电能。

由于电子在石墨烯中以极高的速度运动，它们在碳基材料中的运动速度显然要比在离子溶液中快得多。因此，被释放的电子自然更倾向于穿过石墨烯电路而不是溶液。这就是该装置产生电压的原理

将所制备的材料作为锂离子电池负极材料，用恒流充放电测试、循环伏安法、交流阻抗法等电化学测试手段综合考察了材料的电化学性能。结果表明，所制备的材料表现出了良好的电化学性能，包含石墨烯的纳米复合结构材料能够提供缓冲层有效缓解活性材料的体积膨胀，防止活性材料粉化团聚，进而提供良好的电子接触性，延长电极材料的循环寿命。

石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用

（摘要）1.在负极复合材料中，石墨烯不仅可以缓冲材料在充放电过程中的体积效应，还可以形成导电网络提升复合材料的导电性能，提高材料的倍率性能和循环寿命。通过优化复合材料的微观结构，例如夹层结构或石墨烯片层包覆结构，可进一步提高材料的电化学性能。在正极复合材料中，石墨烯形成的连续三维导电网络可有效提高复合材料的电子及离子传输能力。此外，相比于传统导电添加剂，石墨烯导电剂的优势在于能用较少的添加量，达到更加优异的电化学性能。石墨烯可以更广泛地应用于改性其他负极材料，制备出电化学性能更加优异的石墨烯复合材料。

1.石墨烯在负极材料中的应用

石墨烯作为负极材料的电化学性能在2003年已有理论方面的研究。相比于其他碳，石墨材料，石墨烯是以单片层单原子厚度的碳原子无序松散聚集形成，这种结构有利于锂离子的插入，在片层双面都能储存锂离子，形成Li2C6结构理论容量(744mAh/g)明显提高。研究者进一步通过分子轨道理论计算发现0.7nm石墨片层间距是储锂的最佳层间距。此时锂离子以双层形式存储在石墨片层结构的空穴中，这种层间距也能有效防止电解质进入片层间，发生形成SEI膜的不可逆反应。同时，石墨烯自然形成的皱褶表面也为锂离子提供了额外的存储空穴。因此，石墨烯的微观形貌和结构很大程度上决定了石墨烯作为锂离子电池负极材料的电化学性能。

1.1石墨烯改性负极材料

石墨烯可以更广泛地应用于改性其他负极材料，制备出电化学性能更加优异的石墨烯复合材料。石墨烯复合材料的制备关键是使纳米颗粒均一分散在单层或多层石墨烯表面及层间其改性效果的好坏主要取决于两种材料的混合或复合效果。以下分别分析和评述石墨烯在不同负极材料中的改性效果，以及不同石墨烯的掺杂方法对这些材料电化学性能的改善。

王等提出通过碳包覆合金-石墨烯复合材料以进一步改善纳米合金颗粒与石墨烯之间的导电性能。获得的Sn-Sb合金纳米颗粒-氧化石墨烯在C2H2的气氛中以5000C烧制2h氧化石墨烯被还原，Sn-Sb合金作为催化剂促进C2H2的分解，在Sn-Sb纳米颗粒外形成碳包覆，碳包覆层厚度在5-10nm。这层包覆能有效控制金属在充放电过程时的体积收缩膨胀效应，同时，碳的导电性能增强了金属和石墨烯之间的电子传输能力。碳包覆后的Sn-Sb石墨烯复合材料的循环性能和倍率性能明显提高。在2C和5C倍率充放电下，脱锂比容量能分别稳定保持在660-700mAh/g和400-450mAh/g。相比于Sn-Sb/石墨烯复合材料的金属纳米颗粒（5-10nm），虽然碳包覆后的金属纳米颗粒变大（50-150nm），但材料的循环稳定性因碳包覆的作用有了明显提高，证明控制纳米颗粒的尺寸不是获得良好稳定性的唯一途径。

在制备石墨烯复合材料时不能为了提高材料的容量一味增加有更高理论容量的金属纳米颗

粒的含量，这将会导致石墨烯在复合材料中不能起到结构支撑作用，引起材料的循环性能下降。当两种材料比例适中时，两者间的协同作用达到最佳，复合材料兼具高比容量和良好循环稳定性。但由于制备方法的差异，不同研究者发现的最佳复合比例不尽相同。因此对协同效应机理的研究还需进一步深入。

1.2石墨烯改性硅基材料

Wei等通过化学气相沉积法利用一维的碳纳米纤维和二维的石墨烯片层组装成新型的三维碳负极材料。这种材料的微观多孔结构能有效缩短锂离子扩散距离，有利于锂离子和电子在材料中的快速储存和传输。因此，这种复合材料有较高的可逆比容量667mAh/g，较好的循环性能和高倍率性能。

Yushun等采用气相沉积法在石墨烯片层表面形成连续的Si膜，然后在丙烯中高温处理材料，在材料表面形成碳包覆，在增强导电性的同时也可以防止硅的氧化。这种复合材料具有由卷曲的二维纳米石墨烯片层组成的三维多孔颗粒结构，缓冲了Si充放电时的体积变化，且能形成稳定的SEI膜。复合材料在1400mAh/g电流密度下有超过1000mAh/g的脱锂比容量，且循环稳定性好。此外，石墨烯的高比表面积能有效提高Si在其表面的沉积速率，可以满足生产运用的要求。但是采用化学气相沉积制备Si膜的成本较高，而且使用的原料硅烷极易自燃，生产时需格外注意安全问题。

Ma等，使用喷雾干燥法制备出具有浴花形状的高性能硅-石墨烯复合材料。该复合材料不

仅容量高，而且具有较好的循环性能，在200mAh/g电流密度下进行恒流充放电测试，30次循环后的可逆容量仍能保持在1502mAh/g，容量保持率高达98%。该喷雾制备方法简单易行无需加入表面活性剂无需过滤何洗涤过程，环境友好并且产率高，适合大规模工业化生产。但复合材料的倍率性能仍有待提高。

1.2石墨烯改性过渡金属类材料

过渡金属的氧化物和化合物因具有高储锂容量，也成为高容量锂离子电池负极材料的研究方向之一。由于这类材料也存在充放电过程体积变化效应大和导电率低的问题，因此可以利用石墨烯改性这类材料，从而提高材料的电化学性能。

Co3O4具有较高的理论容量(约为890mAh/g)，但充放电过程中体积效应大，其与石墨烯的复合材料能有效提高Co3O4的电化学性能。Co(OH)2在200mAh/g电流密度下，首次循环脱锂比容量为660mAh/g，与石墨烯复合后，材料的脱锂比容量提升到1120mAh/g。循环30次后仍能保持初始容量的82%。

Mn3O4的理论容量约为936mAh/g，但由于其导电性差，实际容量在有Co掺杂时最高仅能达到400mAh左右。与石墨烯复合后利用石墨烯的导电网络结构在低电流密度下（40mAh/g）脱锂比容量约为900mAh/g，接近理论容量并且材料的高倍率性能好，电流密度达到1600mAh/g时，比容量仍保持在390mAh/g左右。

TiO2作为储锂材料具有低嵌锂电压和快速嵌锂的优点，同时在嵌，脱锂过程中结构稳定。但由于材料的电子传输能力较差，其高倍率性能不佳。为提高材料的高倍率性能，石墨烯作为优秀的导电材料被用于掺杂改性。Li4Ti4O12是一种新型的嵌锂型锂离子电池负极材料具有“零应变”的特性，因此具有循环性能稳定，过充性能和热稳定性好的优点。但材料本身的电子导电率低，导致其倍率性能较差。另有研究者通过静电纺织技术制备石墨烯/Li4Ti4O12复合纤维材料，这种复合材料在高倍率条件下的充放电和循环性能都有极大提高，在220C 倍率下，材料的可逆比容量高达110mAh/g，且循环1300次后比容量保持率约为91%。Wei等通过化学气相沉积法利用一维的碳纳米纤维和二维的石墨烯片层组装成新型的三维碳负极材料。这种复合材料有较高的可逆比容量667mAh/g，较好的循环性能和高倍率性能。2石墨烯在正极材料中的应用

近年也有研究者开始研究石墨烯作为正极改性材料的性能。石墨烯二维高比表面积的特殊结构以及其优异的电子传输能力，能有效改善正极材料的导电性能，提高锂离子的扩散传输能力。

有研究者制备的LiFePO4/石墨烯复合材料(LFP/G)，这种材料经过进一步碳包覆后获得的碳包覆LiFePO4/石墨烯复合材料(LFP/G)在60C高倍率条件下嵌锂比容量仍保持在70mAh/g左右。同时，复合材料在10C充电20C放电条件下，循环10000次后，嵌锂比容量仍保持在110mAh。

3石墨烯作为导电添加剂的应用

将石墨烯或者其他碳类导电添加剂添加在不同形貌的Si纳米材料中

Yang等将石墨烯作为导电添加剂替代SuperP添加在LiFePO4材料中，并测试其电化学性能，发现2wt%是最佳添加比例，石墨烯是以柔韧片层结构填充空隙，因此能以较少的添加量达到更好的性能改善。

Song等随后也研究了石墨烯添加到其他碳负极材料（以人工石墨为例）中，替代传统乙炔黑作为导电添加剂的性能。相比于乙炔黑，石墨烯能提供连续的导电网络，在循环充放电过程中不会因活性物质的体积变化而逐渐丧失导电接触，因而能有效提高材料的循环性能和高倍率性能，机理模拟如图

目前，石墨烯替代传统导电添加剂的阻碍在于材料的高倍率性能不理想，目前的研究成果也局限在低倍率条件下的循环性能和比容量的提高。

总结：石墨烯因其特殊的片层结构，相比传统的碳负极材料，可以提供更多的储锂空间。但石墨烯材料受到首次库仑效率低，充放电平台较高等缺点的制约，导致其并不能替代传统石墨直接作为负极材料使用。但由于石墨烯具有很高的电导率、良好的机械强度、柔韧性、化学稳定性以及很高的比表面积，尤其是化学转化的石墨烯具有较大比例的官能团，决定了其

非常适合作为复合电极材料的基底。同时，石墨烯独特的片层结构也提供了新的制备电极材料的方法——直接抽滤成膜。总的来说，石墨烯作为锂离子电池电极材料的研究已取得较丰富的成果。但为了能够满足在实际运用中对电池的循环寿命、快速大电流充放电、高比容量等需求，应该加强以下几个方面的研究：

（1）为材料的商品化大规模生产应用，需注重石墨烯的制备工艺的低成本化，设计大规模生产石墨烯的制备工艺；

（2）提高石墨烯及其复合电极材料的高倍率性能和循环寿命，使其能满足实际应用需求；（3）深入研究石墨烯的储锂机理及其复合材料中的微观形貌与电化学性能之间的关系，深入研究石墨烯的尺寸、结构、缺陷以及孔径等对电化学性能的影响。

表面活性剂的亲水亲油基团能更好地定向控制纳米颗粒在石墨烯表面的排布情况。还原石墨烯是疏水性，而表面的含氧基团为亲水性，一端亲水一端疏水的表面活性剂胶束连接在石墨烯表层后，使石墨烯表层带有亲水性，从而可以使金属氧化物更均一、更多地分布在石墨烯表层。同时表面活性剂能作为分子模板控制纳米颗粒在石墨烯表层的成核和生长，制备机理见图5这种复合材料的电极活性物质主要是金属氧化物，石墨烯仅作为导电介质间隔在金属氧化物层与层之间。这种复合材料能通过抽滤成膜，直接组装成电池，省去了后续的添加粘结剂、导电剂以及搅浆的步骤。在8mA/g的电流密度下，SiO2/石墨烯复合材料能保持稳定的脱锂

比容量760mAh/g，接近SiO2的理论比容量780mAh/g。由于层层间隔的有序微观结构增强了材料内部的导电性能，并稳定了材料在充放电过程中的相变和体积效应，相比之前无序掺杂的微观结构，这种有序结构更加有效提高了复合材料的比容量并改善了循环性能。但材料的高倍率性能仍需改善，在20mAh/g与80mAh/g电流密度下脱锂比容量分别为550mAh/g 和225mAh/g。这主要是由于没有使用金属集流体和导电添加剂，而直接将抽滤获得的复合材料膜组装电池，导致电子和锂离子的传输能力下降。可见直接使用薄膜电极材料不能完全发挥材料的电化学性能。

（周冠蔚,何雨石,杨晓伟,等.石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用化学进展,2012,24(0203):235-245ZhouGuanwei,HeY ushi,YangXiaowei,GaoPengfei,LiaoXiaozhen,MaZi feng[J].Graphene-ContainingCompositeMaterialsforLithium-IonBatteriesApplicationsProgressinC hemistry,2012,24(0203):235-245.）

石墨烯调研报告

石墨烯报告 一、石墨烯定义、性质 (一)石墨烯定义 “中国石墨烯产业技术创新战略联盟”发布的1号标准文件中，对石墨烯的定义如下：石墨烯是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯、和少层石墨烯的统称。 单层石墨烯是指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 双层石墨烯是指由两层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 少层石墨烯是指由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 图1 石墨烯的分类 石墨烯发展历史。石墨烯作为当下最热门的新材料之一，其经历了如下的发展历程： 图2 石墨烯的发展历程 (二)石墨烯性质

石墨烯的出现，有望在构造材料、电子器件功能性材料等诸多领域引发材料革命。由于其具有许多特殊性质，有日本的研究人员惊呼石墨烯是“神仙创造” 的材料。许多学者称石墨烯为“改变21世纪的材料”，并预测“21世纪将是碳（C）的时代”。 相比于现有材料，石墨烯拥有众多“史上最强”性能。 超强导电性：由于石墨烯拥有完美的“二维”平面晶格结构，因此电子在晶格中移动时，不会因为晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。另外，由于石墨烯中碳原子之间作用力很强，使得运动中的电子受到的干扰极小，即使在周围碳原子发生碰撞时也是如此，因此电子具有非常快的运动速度（能够达到光速1/300），远远超过了电子在其他金属导体或半导体中的运动速度，正因如此，石墨烯拥有超强的导电性能。 超高强度：石墨烯的硬度高于金刚石，是目前为止人类已知的硬度最高的物质。由于高的硬度，石墨烯拥有很高的强度，其强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。而同时它又拥有很好的韧性，且可以弯曲。 导热性能：石墨烯的导热性能优于碳纳米管。普通碳纳米管的导热系数可3500w/m·k，各种金属中导热系数相对较高的有银、金、铜、铝。而单层石墨烯的导热系数可达5300w/m·k。优异的导热性能使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料。 超大比表面积：由于单层石墨烯只有一个碳原子厚（0.335nm），所以石墨烯拥有超大的比表面积。在理想情况下，单层石墨烯的比表面积能够达2630m2/g，而目前普通的活性炭的比表面积为1500 m2/g，石墨烯这种比表面积超大的特性使它在储能领域的应用潜力巨大。 图3 石墨烯史上最强性能 除此之外，石墨烯还有众多“独特”的特点： 图4 石墨烯独特性质

黑磷和石墨烯对比的优缺点

黑磷和石墨烯对比的优缺点 黑磷和石墨烯对比的优缺点，是大多数人想要了解的事情。因为，这两种材料都是近年来热门的话题，很多媒体都在宣传，但是大家对黑磷、石墨烯可能仅限于听过名字，对它们都没有深入的了解过，自然也就不知道黑磷、石墨烯的优缺点。先丰纳米作为专业的纳米材料公司，下面就给大家简单的介绍黑磷和石墨烯对比的优缺点。 石墨烯具备众多优异的力学、光学、电学和微观量子性质，是具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料不具备的性能，未来有望在电极、电池、晶体管触摸屏、太阳能、传感器超轻材料、医疗、海水淡化等众多领域应用，是很有前景的先进材料之一。 石墨烯可能不会通过其自身作为一种理想材料来实现未来的巨大影响，而是通过它衍生的产物。尽管石墨烯有着许多令人眼花缭乱的优点，但它也有缺点，尤其是不能充当半导体——这是微电子的基石。 在高科技设备面前，石墨烯的光环黯淡了一些。电子时代的大多数被认为有价值的材料都是半导体，而石墨烯更像一个金属导体。 二维黑磷单晶（又称黑磷），二维黑磷单晶是纯磷可以形成的三种不同的晶体结构（或同素异形体）之一。其他两种材料分别是用于制造烟花的白磷和用于制造火柴头的红磷。 二维黑磷单晶由位于两个位面的波浪形磷原子组成，其属性已经使它成为材料学界的宠儿，其电子转移速率为600 cm2/vs，一些研究人员希望进一步提高这一速率；同时，

其频间带隙（让电流通过该物质所需要的电伏）是可调谐的，即电子工程师可以通过简单 的改变二维黑磷单晶的叠层调整带隙，这一特性有利于根据具体要求设计出期望的带隙。 二维黑磷单晶在空气中不稳定，在24小时后，就可以看到材料表面的气泡，然后整 个设备在数日内就会失效。 以上就是黑磷和石墨烯对比的优缺点的介绍，有任何问题，欢迎立即咨询先丰纳米公司。 先丰纳米是江苏先进纳米材料制造商和技术服务商，专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳 米管、分子筛、黑磷、银纳米线等发展方向，现拥有石墨烯粉体、石墨烯浆料和石墨烯膜 完整生产线。 自2009年成立以来一直在科研和工业两个方面为客户提供完善服务。科研客户超过 一万家，工业客户超过两百家。 南京先丰纳米材料科技有限公司2009年9月注册于南京大学国家大学科技园内，现 专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳米管、分子筛、银纳米线等发展方向，立志做先进材料及 技术提供商。 2016年公司一期投资5000万在南京江北新区浦口开发区成立“江苏先丰纳米材料科技有限公司”，建筑面积近4000平方，形成了运营、研发、中试、生产全流程先进纳米 材料制造和技术服务中心。现拥有石墨烯粉体、石墨烯浆料和石墨烯膜完整生产线，2017年年产高品质石墨烯粉末50吨，石墨烯浆料1000吨。 欢迎广大客户和各界朋友莅临我司指导！欢迎电话咨询或者登陆我们的官网进行查看。

石墨烯量子点调研报告

石墨烯调研报告（石墨烯量子点） 零维的石墨烯量子点(grapheme quantum dots, GQDs)，由于其尺寸在10nm以下，同二维的石墨烯纳米片和一维的石墨烯纳米带相比，表现出更强的量子限域效应和边界效应，因此，在许多领域如太阳能光电器件，生物医药，发光二极管和传感器等有着更加诱人的应用前景。 GQDs的制备 GQDs具有特殊的结构和独特的光学性质，即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。GQDs的粒径大多在10 nm左右，厚度只有0.5到1.0 nm，表面含有羟基、羰基、羧基基团，使得其具有良好的水溶性。 GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。top-down 法指将大片的石墨烯母体氧化切割成尺寸较小的石墨烯纳米片，经进一步剪切成GODs，主要有水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法。 水热法是制备GQDs最为常见的一种方法，先将氧化石墨烯在氮气保护下热还原为GNSs，接着将GNSs置于混酸（混酸体积比VH2SO4/VHNO3 =1:3）中超声氧化，再将氧化的GNSs置于高压反应釜中200℃热切割。反应机理如图3所示，Pan等采用该方法化学切割石墨烯制备GQDs，其径主要分布在5-14 nm，并发现量子点在紫外区有较强光学吸收，吸收峰尾部扩展到可见区。光致发光光谱一般是宽峰并且与激发波长有关，当激发波长从300到407 nm变化，发射峰向长波方向移动，激发波长为60nm时，量子点发出明亮的蓝色光，此时发射峰最强。 图3. 水热法制备GQDs反应机理 Fig. 3 mechanism for the preparation of GQDs by hydrothermal method Jin等采用两步法，先用水热法制备出GQDs，再将聚乙二醇二胺修饰到GQDs 上。该法制备的胺功能化的石墨烯量子点可通过功能化物的迁移效应有效地调节石墨烯量子点的光致发光性能。

关于石墨烯电池的调研报告范文

关于石墨烯电池的调研报告 0引言 《世界报》的一则关于西班牙Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池的消息，引起了世界各地的转发与评论，该消息称石墨烯聚合材料电池能够提给电动车1000公里的续航能力，而其充电时间不到8分钟。为调查此消息的真实性与石墨烯聚合材料电池的可行性，于是检索、收集了大量的资料，并总结做出了自己的调查结果。 1石墨烯简介 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，只有一个碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004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，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因「在二维石墨烯材料的开创性实验」为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达K m W ?/5300，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过s V cm ?/215000，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约m ?Ω-810，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 特斯拉CEO 马斯克近目在接受英国汽车杂志采访时表示，正在研究高性能电池，特斯拉电动车的续行里程很快将能达到800公里，比目前增长近70％。其表示，特斯拉始终致力于打造纯电动汽车，将继续革新电池技术，不考虑造混合动力车。特斯拉Model3电动汽车的续行里程有望达N320公里，售价约为3.5万美元。[]《功能材料信息》 2014年第11卷第4期 56-56页据悉，石墨烯兼具高强度、高导电性、柔韧性等优点，应用于锂电池负极材料后，可大幅度提高其电容量和大倍率充放电性能 ，或成特斯拉电池的理想材料。 特斯拉研究高能电池石墨烯或为理想材料 这项新技术的核心在于，新型多孔石墨烯材料含有巨大的内部表面区域，因此能实现在极短时间内充电。所充电能量与普通锂电池的电能量相当。更重要的是，石墨烯电池电极在经过1万次充放电之后。能量密度并未出现明显损失。 这种多孔石墨烯材料的超级电容，还可以为电动车节省大量的能量"如今，电动车的电能浪费现象仍旧普遍存在" 1新闻方面 首先，我从网上搜索了相关的新闻，包括ZOL 新闻中心科技频道的“石墨烯电池或将引领改革：充电10分钟跑1000公里”说道“这项突破性研究，为人类认知石墨烯等材料特性带来全新发现，并有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性的进步”；21世纪经济报道的“中国2015年量产石墨烯锂电池或颠覆电动车行业”说道“2014年12月初，西方媒体报

石墨烯量子点制备与应用

石墨烯量子点的概述 石墨烯量子点的性质 GQDs是准零维结构的纳米材料，由于其自身半径小于波尔激发半径，原子内部的电子在三维方向上的运动均受到限制，所以量子局域效应十分显着，因此具有许多独特的物理和化学性质。其与传统的半导体量子点(QDs)相比，GQDs 具有如下独特的性质：不含高毒性的金属元素如镉、铅等，属环保型量子点材料；自身结构稳定，耐强酸和强碱，耐光漂白；厚度可达到单个原子层，横向尺寸可达到几个互相联接的苯环大小，却能够保持高度的化学稳定性；带隙宽度范围可调，原则上可通过量子局域效应和边缘效应在0～5 eV 范围内调节，从而将波长范围从近红外区扩展到可见光区及深紫外区，从而满足了各种技术对材料能隙和特征波长的要求；容易实现表面功能化，可稳定分散于常用的化学试剂，满足材料低成本加工处理的需求。GQDs拥有的发光特性主要是通过光致发光和电化学发光产生，其中荧光性能是GQDs最突出的性能，GQDs的荧光性质主要包括：激发荧光稳定性高且具有抗光漂白性；荧光发射波长可以进行可控调节，有些GQDs还具有上转换荧光性质；激发光谱宽且连续，可以进行一元激发、多元发射。目前关于GQDs的光致发光机理主要有两个：(1)官能团效应，即在GQDs表面进行化学修饰，使得GQDs表面产生能量势阱，表面物理化学状态发生显着变化，导致其荧光量子产率提高；(2)尺寸效应，即GQDs的荧光性能取决于粒径尺寸的大小。GQDs还是优良的电子给体和电子受体，因此GQDs在能量存储、光电转化和电磁学领域具有重要的研究意义，同时在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要潜在应用价值。 石墨烯量子点的制备 GQDs的合成方法可以分为两大类：自上而下法和自下而上法，如图1-1所示。自上而下法是通过简单的物理化学作用，进行热解和机械剥离块状石墨，得到尺寸较小的GQDs，是最常用的制备方法，比如改进的Hummers法，其使用的原料廉价，但是反应条件比较苛刻，制备周期比较长，通常需要经过强酸、强氧

石墨烯量子点的制备方法

石墨烯量子点的制备、表征与应用研究 氧化石墨(GO)的制备 本文采用改进的Hummers法对天然鳞片石墨进行氧化处理制备氧化石墨（GO），[20, 21] 具体如下：在干燥的三颈烧瓶中加入46 mL 98%浓硫酸，低温冷却至0-4℃。强力搅拌下加入2 g天然鳞片石墨和1 g硝酸钠，且控制水浴温度至4℃以下1小时。随后分几次缓慢加入6 g高锰酸钾，继续搅拌反应1 h，溶液呈墨绿色，然后将锥形瓶置于35℃的恒温水浴中，继续搅拌反应2 h,反应结束后搅拌下加入100 mL二次蒸馏水，控制温度在90℃继续搅拌1 h，用150 mL二次蒸馏水稀释反应液，再加入10 mL 30%双氧水，搅拌至溶液呈金黄色。趁热抽滤，用5%盐酸和去离子水充分洗涤棕黄色沉淀物至pH值≈7。将棕黄色沉淀物放置在60℃的烘箱中干燥12 h，得氧化石墨烯固体，保存备用。 还原石墨烯的制备 化学还原石墨烯是用水合肼还原氧化石墨烯制得。称取4.2.2得到的氧化石墨烯50 mg置于100 mL圆底烧瓶中，加入二次蒸馏水至100 mL，超声约0.5 h 使其完全溶解。取50 mL氧化石墨烯分散液于250 mL烧杯中，然后加入50 μL 35%水合肼溶液和350 μL浓氨水，混合均匀，剧烈搅拌几分钟。置于95℃水浴中反应1 h，溶液慢慢由棕褐色变为黑色。待溶液冷却至室温时，用0.22 μm的滤膜进行抽滤，将滤得的沉淀物于60℃干燥12 h，即得到所需的还原石墨烯薄膜。 石墨烯量子点（GQDs）的制备 石墨烯量子点(GQDs)的电化学制备是在0.01 mol L-1磷酸盐缓冲溶液(PBS)中进行的。用滴管向缓冲溶液中滴加两滴4 mg/mL巯基丙氨酸溶液作为分散剂，在±0.3v电压内以0.5 v s-1的扫描速率进行循环伏安(CV)扫描。由以上制得的石墨烯薄膜(5 mm×10 mm)作工作电极，Pt丝作辅助电极，甘汞电极作参比电极。过程中有石墨烯粒子从薄膜上剥落进入溶液中，溶液由无色变为黄色。将黄色溶液进一步用透析袋透析（透析袋截留分子量：3000道尔顿，袋外初始水体积为500 mL），每天换两次水，透析三天，得到石墨烯量子点水溶液。

石墨烯项目可行性报告

石墨烯项目 可行性报告 规划设计/投资分析/产业运营

摘要说明— 目前，中国在石墨烯相关技术研发方面走在世界前列，遥遥领先于美 日韩等发达国家。而在石墨烯技术应用方面，化工、储能和电子器件是最 主要的应用领域，其中石墨烯在锂离子电池的应用前景备受关注。 该石墨烯项目计划总投资5674.58万元，其中：固定资产投资4452.16万元，占项目总投资的78.46%；流动资金1222.42万元，占项目总投资的21.54%。 达产年营业收入10440.00万元，总成本费用8076.93万元，税金及附 加100.56万元，利润总额2363.07万元，利税总额2789.57万元，税后净 利润1772.30万元，达产年纳税总额1017.27万元；达产年投资利润率 41.64%，投资利税率49.16%，投资回报率31.23%，全部投资回收期4.70年，提供就业职位182个。 报告内容：项目总论、项目建设必要性分析、项目调研分析、建设规 划方案、项目建设地研究、土建方案、工艺技术说明、项目环境保护分析、生产安全保护、项目风险说明、项目节能概况、项目实施安排、项目投资 情况、项目经营效益、项目总结、建议等。 规划设计/投资分析/产业运营

石墨烯项目可行性报告目录 第一章项目总论 第二章项目建设必要性分析第三章建设规划方案 第四章项目建设地研究 第五章土建方案 第六章工艺技术说明 第七章项目环境保护分析第八章生产安全保护 第九章项目风险说明 第十章项目节能概况 第十一章项目实施安排 第十二章项目投资情况 第十三章项目经营效益 第十四章招标方案 第十五章项目总结、建议

“石墨烯电池”技术

传说中的“石墨烯电池”技术，难道是一场弥天大谎？ 近几年来，石墨烯这种获过诺奖的材料一直广受社会关注，在相关媒体上也充满了各种“石墨烯电池”等方面的新闻。 广大群众此时可能会好奇：石墨烯这种材料到底有多少用处，能不能依靠它来解决目前材料、电池等方面遇到的一系列技术瓶颈，帮助电动汽车、储能等行业实现飞跃？ 首先上一下结论：“石墨烯电池”这个技术接近于不存在，石墨烯只有在理论上能够提高充放电速率，而对于容（能）量的提升基本没有任何帮助（期望“石墨烯电池”可以解决手机/电动汽车续航的人要失望了），其噱头意义远大于实用价值。 而且石墨烯材料本身纳米材料的高比表面积等性质与现在的锂离子电池工业的技术体系是不兼容的，应用的希望十分渺茫。

在本文中，笔者将结合石墨烯的具体特性，来重点分析石墨烯相关技术，即所谓的“石墨烯电池”在锂电池/储能行业中的发展情况和应用前景。 定义问题：“石墨烯电池”是否存在？ 此处，首先援引知乎用户@土豆泥同学的一篇关于石墨烯的文章，其中对于“石墨烯”电池的定义介绍如下： “事实上，国际锂电学术界和产业界并没有“石墨烯电池”这个提法。维基百科里也没有发现“graphene battery”或者“graphene Li-ion battery”这两个词条的解释。根据美国Graphene-info这个比较权威的石墨烯网站的介绍，“石墨烯电池”的定义是在电极材料中添加了石墨烯材料的电池。这个解释显然是误导。 根据经典的电化学命名法，一般智能手机使用的锂离子电池应该命名为“钴酸锂-石墨电池”。之所以称为“锂离子电池”，是因为SONY在1991年将锂离子电池投放市场的时候，考虑到经典命名法太过复杂一般人记不住，并且充放电过程是通过锂离子的迁移来实现的，体系中并不含金属锂，因此就称为“Lithium ion battery”。最终“锂离子电池”这个名称被全世界广泛接受，这也体现了SONY在锂电领域的特殊贡献。 目前，几乎所有的商品锂离子电池都采用石墨类负极材料，在负极性能相似的情况下，锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料，所以现在锂离子电池也有按照正极来称呼的习惯。比如，磷酸铁锂电池（BYD所谓的“铁电池”不在笔者讨论范畴）、钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元电池等，都是针对正极而言的。那么以后如果负极用硅材料会不会叫做硅电池？也许可能吧。但不管怎么样，谁起主要作用就用谁命名。” 从此文可以看出，在电池中，以主要作用的成分（磷酸铁锂锂电池）、机理（液流电池等）来命名是一般通用的规则，那么对于“石墨烯电池”呢？

2021石墨烯行业研究分析报告

2021年石墨烯行业研究 分析报告

目录 1.石墨烯行业现状 (4) 1.1石墨烯行业定义及产业链分析 (4) 1.2石墨烯市场规模分析 (5) 2.石墨烯行业前景趋势 (6) 2.1石墨烯的应用领域十分广泛 (6) 2.2行业进入快速发展期 (6) 2.3产业集群逐步扩大 (7) 2.4用户体验提升成为趋势 (8) 2.5行业协同整合成为趋势 (8) 3.石墨烯行业存在的问题 (8) 3.1技术问题 (8) 3.2市场问题 (9) 3.3成本问题 (9) 3.4关键技术有待突破 (9) 3.5应用市场有待拓展 (10) 3.6标准体系有待完善 (10) 3.7产业结构调整进展缓慢 (11) 3.8供给不足，产业化程度较低 (11) 4.石墨烯行业政策环境分析 (13) 4.1石墨烯行业政策环境分析 (13)

4.2石墨烯行业经济环境分析 (13) 4.3石墨烯行业社会环境分析 (13) 4.4石墨烯行业技术环境分析 (14) 5.石墨烯行业竞争分析 (15) 5.1石墨烯行业竞争分析 (15) 5.1.1对上游议价能力分析 (15) 5.1.2对下游议价能力分析 (15) 5.1.3潜在进入者分析 (16) 5.1.4替代品或替代服务分析 (16) 5.2中国石墨烯行业品牌竞争格局分析 (17) 5.3中国石墨烯行业竞争强度分析 (17) 6.石墨烯产业投资分析 (18) 6.1中国石墨烯技术投资趋势分析 (18) 6.2中国石墨烯行业投资风险 (18) 6.3中国石墨烯行业投资收益 (19)

1.石墨烯行业现状 1.1石墨烯行业定义及产业链分析 石墨烯行业是指从事石墨烯相关性质的生产、服务的单位或个体的组织结构体系的总称。深刻认知石墨烯行业定义，对预测并引导石墨烯行业前景，指导行业投资方向至关重要。石墨烯具有非常好的导热性、电导性、透光性，而且具有高强度、超轻薄、超大比表面积等特性，广泛应用于锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等方面。并且在政策的扶持鼓励下，我国石墨烯产业近年迎来大发展，被业界普遍看好其发展，国内企业也越来越重视对石墨烯的研究和投资。 我国石墨烯行业在经过短暂的结构调整后，淘汰掉落后产能、筛选掉不合格企业，并且随着居民消费观念的转变和消费需求的

基于石墨烯量子点的传感器在分析检测中的应用分析

基于石墨烯量子点的传感器在分析检测中的应用 姓名李丽娟学号 S131110042 摘要：石墨烯量子点优良的物理化学性质及石墨烯量子点边缘的羧基或者氨基基团使其易与多种有机的，聚合的，无机的或者生物种类相互作用。本文主要介绍了石墨烯量子点的制备方法以及基于（类）石墨烯量子点、（类）石墨烯材料的荧光传感器在分析检测中的应用，并详细介绍了分析检测的原理，以期为石墨烯量子点在分析检测中的应用提供相关参考与依据。 关键词：石墨烯量子点荧光检测 1 引言 最近，石墨烯获得了广泛的关注由于其独特的电子光学机械以及热学性质。大量基于石墨烯的生物传感器被开发来检测核酸，蛋白质，毒素和生物分子。石墨烯片层的形态包括它们的大小，形状以及厚度都可以有效的决定它们的性质。例如，石墨烯片层侧面尺寸小于100nm时被称为石墨烯量子点（GQDs），其许多新的化学和物理性质都是由于量子尺寸效应和边缘效应而引起的。GQDs毒性小，稳定性高，溶解性好，光致发旋光性质稳定，生物兼容性较好，使得它们在光电伏打器械，生物传感及成像上有很大的应用前景。本文着重介绍了石墨烯量子点的制备方法以及近年来基于石墨烯量子点与分析物发生作用的不同原理，如荧光共振能量转移，化学共振能量转移及石墨烯量子点表面性质的变化等来检测分析物质，并做出了展望。 2 石墨烯量子点的制备 Fei Liu等[1]成功地用化学剥离石墨纳米颗粒的方法合成了高度均匀的GQDs和GOQDs（氧化石墨烯量子点），如图1所示。该方法获得了高产率的直径在4nm 之内的单层和圆形的GQDs和GOQDs。GOQDs的表面富含各种含氧官能团，GQDs有纯粹的sp2碳晶体结构没有含氧的缺陷，因此提供了一种理想的平台来深入研究纳米尺寸的石墨烯的光致发光的起源。通过描述GQDs和GOQDs的发旋光性质，说明了GOQDs的绿色光致发光来自于含氧官能团的缺陷状态，而GQDs的蓝色发光是由高结晶结构中的内禀态所主导的。此外，GQDs中的蓝色发射显示了一个快速的复合寿命相比于GOQDs中的绿色发射的复合寿命。相比

中国石墨烯行业发展报告

2016年中国石墨烯行业发展报告 前言 2016年以来，石墨烯概念股如东旭光电、华丽家族、方大炭素、中泰化学等备受资本追捧。国内外各大锂电企业有关石墨烯项目布局，有的选择石墨烯导电剂技术研发，有的走向石墨烯复合正负极材料之路。这其中，不乏号称已经生产出“石墨烯电池”的锂电企业。石墨烯火热的背后，具体应用领域潜力如何？都有哪些助推的洪荒之力？ 一、国家政策鼓励支持石墨烯产业发展 近年来，国家出台多项政策，鼓励支持石墨烯产业发展。国家各部委不断出台指导意见和规划文件，明确了对石墨烯材料的支持与发展要求。 二、石墨烯的技术研究进入快速发展轨道 从石墨烯相关专利申请趋势看，其相关专利的申请在上个世纪末就已出现，但随后发展较为缓慢。直到2008年后，专利申请数量才开始出现实质性的大幅增长。特别是在安德烈·K·海姆教授和科斯佳·诺沃谢洛夫研究员因对石墨烯的研究共同获得2010年诺贝尔物理学奖以后，全球石墨烯专利申请数量开始急剧增长，其中，2014年全球石墨烯相关专利的申请数量就高达5047件，表明石墨烯的相关技术研究进入快速发展轨道。 根据石墨烯相关专利历年的申请情况，结合每年专利发明人数量，2008年以前为石墨烯研发技术的萌芽阶段，2008年至2015年为技术的成长阶段，而2015年之后石墨烯研发生产及应用技术开始趋向于成熟，即成熟阶段初期，这个阶段石墨烯开始逐步小规模生产，但是，其生产及应用技术仍有待于进一步突破。 三、石墨烯应用需求多样化，引领多领域划时代的变革 石墨烯是由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格材料，单层石墨烯薄膜只有一个碳原子厚度，是目前已知的最薄的一种新材料，具有极高的比表面积、超强的导电性和强度以及透明度等优点。石墨烯同时具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料所不具备的性能，未来有望在电子、储能、催化剂、传感器、光电透明薄膜、超强复合材料以及生物医疗等众多领域应用，可以说是未来最有前景的先进材料之一，引领多领域划时代的变革。 《中国制造2025》提出：明确要求高度关注颠覆性新材料对传统材料的影响，做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿材料提前布局和研制，加快基础材料升级换代。《<中国制造2025>重点领域技术路线图（2015年版）》中称，石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模，2025年整体产业规模突破千亿”的发展目标。 1、导电油墨：石墨烯导电油墨具备成本优势

锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点

锂离子电池石墨负极材料的优点和缺点 一、石墨定义： 1、石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子。 2、由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。 二、石墨的特殊性质： 1、导电性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。 2、导热性：导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。 3、耐高温性：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。 4、润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。由于其润滑性，在超细研磨里难度很高，使用叁星飞荣立式砂磨机可以研磨到纳米级别细度。 5、化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。 6、可塑性：石墨的韧性好，可碾成很薄的薄片。 7、抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。 三、石墨的中国产地： 1、我国以黑龙江鸡西市恒山区密山市柳毛乡为最大的产地。以及黑龙江省的七台河市、鹤岗市和双鸭山市等。

2、山东省莱西市为我国石墨重要产地之一。 3、吉林省磐石市也是石墨产地之一。 4、内蒙古乌拉特中旗高勒图矿区发现全国最大晶质石墨单体矿。 5、陕西省煤田地质局一九四队在陕西洋县发现3条石墨矿带。 四、石墨世界著名产地： 1、纽约Ticonderoga。 2、马达加斯加。 3、斯里兰卡（Ceylon）。 五、石墨分类： 1、天然石墨：石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态。结晶形态不同的石墨矿物，具有不同的工业价值和用途。 2、人造石墨：广义上，一切通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到的石墨材料均可称为人造石墨，如炭纤维、热解炭、泡沫石墨等。而狭义上的人造石墨通常指以杂质含量较低的炭质原料为骨料、煤沥青等为粘结剂，经过配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的块状固体材料，如石墨电极、等静压石墨等。 人造石墨就成型方式通常可分为：振动成型，挤压成型，模压成型，等静压成型。 3、块状石墨：块状石墨又叫致密结晶状石墨。此类石墨结晶明显晶体肉眼可见。颗粒直径大于0．1毫米，比表面积范围集中在0.1-1m2/g，晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。这种：石墨的特点是品位很高，一般含碳量为60～65%，有时达80～98%，但其可塑性和滑腻性不如鳞片石墨好。 4、鳞片石墨：石墨晶体呈鳞片状；这是在高强度的压力下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿石的特点是品位不高，一般在2～3%，或10～25%之间。是自然界中可浮性最好的矿石之一，经过多磨多选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越；因此它的工业价值最大。

发光石墨烯量子点的应用及未来展望

发光石墨烯量子点的应用及未来展望 摘要 作为石墨烯家族的最新成员，石墨烯量子点(graphene quantum dots，GQDs)除了具有石墨烯优异的性能之外，还因其明显的量子限域效应和尺寸效应而展现出一系列新颖的特性，吸引了各领域科学家们的广泛关注。在这篇论文中，我们主要综述了石墨烯量子点的制备方法以及潜在应用，此外还说明了石墨烯量子点的发光机制以及对于其的展望。 关键词：石墨烯量子点，发光材料，应用 1引言 碳是地球上储量最丰富的元素之一，一次又一次得带给我们各种明星材料。1985年,克罗托、科尔和斯莫利三位科学家发现了富勒稀(C60)。1996年获得诺贝尔化学奖,这是零维碳材料的首次出现。而1991年碳纳米管的发现则成了一维碳材料的代表。1947年就开始了石墨烯的理论研究,用来描述碳基材料的性质,迄今有60多年历史。直到2004年,Novoselov和Geim (英国曼彻斯特大学教授)利用微机械剥离法使用胶带剥离石墨片,首次制得了目前最薄的二维碳材料—石墨稀,仅有一个原子厚度,2010年他们获得了诺贝尔物理奖,从此石墨稀成了物理学和材料学的热门研究对象。 石墨烯量子点(GQDs)，一种新型的量子点，当GQDs尺寸小于100 nm时，就会拥有很强的量子限制效应和边缘效应,当尺寸减小到l0nm时,这两个效应就更加显著,会产生很多有趣的现象，这也引发了广大科学家的研究兴趣。GQDs 具有特殊的结构和独特的光学性质,即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。GQDs的粒径大多在10 nm左右,厚度只有0.5到1.0 nm,表面含有羟基、羰基、羧基基团,使得其具有良好的水溶性。GQDs的合成方法不同,尺寸和含氧量不同,使紫外可见吸收峰位置不同。不同的合成方法使GQDs的光致发光性质不同,光致发光依赖于尺寸、激发波长、pH以及溶剂等。有些GQDs还表现了明显的上转换发光特性,GQDs不仅拥有光致发光性质还有优越的电致化学发光性能。 2合成方法 GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。。自上而下方法是通过物理或化学将大尺寸的石墨烯片“裁剪”成小尺寸的石墨烯量子点的方法。主要包括纳米刻蚀法、水热法、电化学法、溶剂热法、化学剥离碳纤维法、微波辅助法等。这类方法步骤相对简单、产率较高，也是目前应用最多的一类方法。自下而上的方法则是以小分子为前体通过一系列溶液化学反应合成得到石墨烯量子点，这类方法可以对石墨烯量子点的形貌和尺寸精确控制，但步骤繁琐而且操作过程复杂。 2.1自上而下法合成GQDs 在酸氧化石墨稀后,其碳晶格上出现一列环氧基团,这些缺陷在水热条件下很

中国石墨烯产业链专题调研分析报告

中国石墨烯产业链专题调研分析报告

目录 第一节国内石墨烯技术专利分析 (3) 一、石墨烯技术仍在成长期 (3) 二、国外掌握核心专利 (8) 三、中国石墨烯专利数量领先，但布局狭窄 (10) 第二节产业顶层设计完成 (12) 一、政府支持石墨烯产业 (12) 二、石墨烯先导产业地位 (14) 三、关注“十三五”规划 (16) 第三节石墨烯产业化步伐加快 (17) 一、制备技术+规模化生产 (19) 二、石墨烯产业盈利模式 (21) 第四节企业分析 (22) 第五节附录 (25) 附录 1：国外拥有石墨烯专利数量靠前的机构组织研究方向 (25) 附录 2：《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》 (29)

第一节国内石墨烯技术专利分析 石墨烯作为一种新型纳米材料，是目前发现的唯一的二维自由态原子晶体。自发现以来，石墨烯不仅在科学界受到了极大关注，并且由于其特殊的纳米结构和优异的物化性能获得了产业界的广泛关注。本篇报告重点关注石墨烯的技术专利发展趋势、国内外相关政策以及目前国内产业化应用阶段。 图 1：石墨烯单层原子结构 数据来源：百度图片、北京欧立信咨询中心 一、石墨烯技术仍在成长期 根据全球石墨烯专利申请数量的变化，我们判断整个产业仍处于技术成长期，且技术演化趋势正由石墨烯制备工艺向具体应用领域转变。全球关于石墨烯的相关研究已有较长时间，但 2004 年前科学界普遍认为石墨烯只是假设性的结构，无法单独稳定存在，因此相关的研究局限于理论层面。2004 年英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地应用机械剥离法分离出石墨烯并获得 2010 年诺贝尔物理学奖，之后全球关于石墨烯的研究进入高速增长期。 图 2：海姆和诺沃肖洛夫为石墨烯研究做出了巨大贡献

石墨烯量子点简介

石墨烯量子点简介 1、石墨烯量子点定义 量子点（QuantumDot）是由有限数目的原子构成，属于准零维材料，即在三个维度上尺寸均呈现纳米级别。外观恰似球形物或者类球形，其内部电子在各个方向的运动均会受到限制，因此量子限域效应非常明显。 石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots)一般是横向尺寸在100nm以下，纵向尺寸可以在几个纳米以下，具有一层、两层或者几层的石墨烯结构，也就是特殊的非常小的石墨烯碎片。它的特性来源于石墨烯以及碳点，表现出生物低毒性、优异的水溶性、化学惰性、稳定的光致发光、良好的表面修饰。 2、石墨烯量子点制备 石墨烯量子点的合成可以看做是对碳纳米晶体合成方法的延伸和补充，仍旧分为：自上而下和自下而上的制备。 自上而下的方法是指通过物理或化学方法将大尺寸的石墨烯薄片切割成小尺寸的GQDs，包括水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法等； 自下而上的制备法则是指以小分子作前驱体通过一系列化学反应制备GQDs，主要是溶液化学法、超声波和微波法等。

3、石墨烯量子点发光机理 荧光是种光致冷发光的现象，当某种常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线或x-ray)照射，吸收光能后进入激发态，且立即退激发并发出出射光，而荧光可在吸光激发后约10^-8秒内发光，其能量小于吸光的能量。通常，若是把材料制成量子点大小，则电子容易受到激发而改变能阶，与电洞（空穴）结合后就会放出光。 石墨烯量子点由于边缘效应和量子尺寸效应，可表现出独特的光化学特质。石墨烯除了具有碳量子点所具有的优点外，其荧光具有激发波长依赖性。当激发波长从310nm 变成380nm时，荧光发射峰位置的相应从450nm移至510nm，光致发光强度迅速降低。 氧化石墨烯表现出宽谱的红光发射，取决于其含有的含氧官能团，而氧化石墨烯被还原之后由于含氧官能团减少以及结构的改变，主要呈现蓝光（第一性原理模拟推测其由碳空位缺陷引发）。修饰类石墨烯具有相似的规律，发光光谱主要由两部分组成：蓝光发光峰位（不移动）、长波长发光（峰位移动），相对于没有经过修饰的石墨烯，其长波长发光显著增强。由于嫁接的官能团能够提供新的激发跃迁过程，并且增强原本很弱的sp2碳原子簇尺寸效应的激发过程，使得相应的发光过程得到增强。比如，目前报道比较多的B、N、P、S掺杂等。

新能源材料 石墨烯电池

2017春季学期 新能源材料--课程论文 院（系）材料科学与工程 专业材料科学与工程 学生曾波 学号1141900225 班号1419002

石墨烯电池应用与展望 曾波 材料科学与工程1141900225 摘要石墨烯作为近年来炙手可热的新材料，凭借其独特微纳米尺度的二维平面结构和良好的导电导热特性在锂离子电池电极材料中也有着可观的的应用前景。本文介绍了石墨烯电池的概念提出和工作原理，调研了市场最新的石墨烯电池信息和商用情况，分析了特点和潜在问题以及根据现状的合理展望。 关键词石墨烯锂离子电池能量密度石墨烯电极材料 1 引言 在现已有广泛应用基础的新能源材料中，锂电池作为二次电池中的佼佼者具有开路电压高"能量密度大"使用寿命长"无记忆效应"无污染以及自放电率小等优点。如图一所示，锂离子电池工作原理，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成，正极主要是磷酸铁锂，钴镍锰酸锂（三元材料）等负极主要是碳棒和石墨。充电时Li+从正极脱出经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极,保证负极的电荷平衡;放电时则相反。由于Li的原子序数很小,故Li+的质量很轻,单位重量的电极材料就可以储存较多的Li+,所以通常锂离子电池具有较高的能量密度。然而,受限于电极材料的结构与电解质的性能,锂离子电池的功率性能相对较弱,针对动力锂离子电池,这一点表现得尤为突出。故如何增加锂电池的功率密度是当务之急。 要攻破这一难关，需要制备具有高效储能特性的负极材料。碳材料的储锂机理复杂，因此尽管计算化学论证了石墨烯的高储锂容量，但目前制备的石墨烯的可逆容量接近甚至超过理论容量的储锂机理还需进一步分析证明。石墨烯电池是 指用石墨烯掺杂改性的复合材料替 代传统锂电池的电极材料，其他碳、 石墨材料比容量较小，每6个碳原子 与一个锂离子形成LiC6结构存储锂 离子，理论比容量为372mAh/g而石 墨烯是以单片层单原子厚度的碳原 子无序松散聚集形成，这种结构有利 于锂离子的插入，在片层双面都能储 存锂离子，理论容量明显提高。并且 锂离子在石墨烯表面和电极之间快 速大量穿梭运动的特性也将加快充 放电速度。石墨烯电池有望解决现在 锂电池不稳定、充电慢、容量低的难 题。 2 石墨烯电池介绍 2.1石墨烯 石墨烯是是由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，厚度仅为0.34纳米，单层厚度相当于头发丝直径的十五万分之一。是目前世界上已知的最轻薄、

2020年石墨烯行业分析调研报告

2020年石墨烯行业分析 调研报告 2019年12月

目录 1.石墨烯行业概况及市场分析 (5) 1.1石墨烯市场规模分析 (5) 1.2石墨烯行业结构分析 (5) 1.3石墨烯行业PEST分析 (6) 1.4石墨烯行业特征分析 (8) 1.5石墨烯行业国内外对比分析 (8) 2.石墨烯行业存在的问题分析 (10) 2.1政策体系不健全 (10) 2.2基础工作薄弱 (10) 2.3地方认识不足，激励作用有限 (10) 2.4产业结构调整进展缓慢 (10) 2.5技术相对落后 (11) 2.6隐私安全问题 (11) 2.7与用户的互动需不断增强 (12) 2.8管理效率低 (13) 2.9盈利点单一 (13) 2.10过于依赖政府，缺乏主观能动性 (14) 2.11法律风险 (14) 2.12供给不足，产业化程度较低 (14) 2.13人才问题 (15) 2.14产品质量问题 (15)

3.石墨烯行业政策环境 (16) 3.1行业政策体系趋于完善 (16) 3.2一级市场火热，国内专利不断攀升 (16) 3.3“十三五”期间石墨烯建设取得显著业绩 (17) 4.石墨烯产业发展前景 (18) 4.1中国石墨烯行业市场驱动因素分析 (18) 4.2中国石墨烯行业市场规模前景预测 (18) 4.3石墨烯进入大面积推广应用阶段 (18) 4.4政策将会持续利好行业发展 (19) 4.5细分化产品将会最具优势 (19) 4.6石墨烯产业与互联网等产业融合发展机遇 (20) 4.7石墨烯人才培养市场大、国际合作前景广阔 (21) 4.8巨头合纵连横，行业集中趋势将更加显著 (21) 4.9建设上升空间较大，需不断注入活力 (22) 4.10行业发展需突破创新瓶颈 (22) 5.石墨烯行业发展趋势 (24) 5.1宏观机制升级 (24) 5.2服务模式多元化 (24) 5.3新的价格战将不可避免 (24) 5.4社会化特征增强 (24) 5.5信息化实施力度加大 (25) 5.6生态化建设进一步开放 (25)

石墨烯电池的优缺点

石墨烯电池的优缺点 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335nm，根据制备方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大约1nm左右，水平方向宽度大约10nm到25nm，是除金刚石以外所有碳晶体（零维富勒烯，一维碳纳米管，三维体向石墨）的基本结构单元。 石墨烯在能源领域的应用 在这其中，石墨烯在能源领域的应用是最火热，也是最被看好的方向。从原理上讲，石墨烯作为一种优秀的二维导电材料，加入锂离子电池正极材料（磷酸铁锂等）中，即可以提高电极材料的导电性，又可以包裹正极纳米颗粒，是对现有“炭黑+碳纳米管”导电剂的升级换代。 加入石墨烯导电剂的锂电池，其倍率性能、一致性和寿命都有不同程度的提高（这是优点吧）。 此外，石墨烯还可以加入到新的负极材料（中间相炭微球等）中，提升电极材料的性能，也是一个未来发展的可能性。 这些应用虽然不是锂电池最核心的技术，对锂电池的容量和密度也没有较大的改善，但是可以提高电池组乃至新能源汽车的综合性能，是石墨烯应用领域技术成熟度比较高的方向。 石墨烯电池，利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。 石墨烯电池的基本原理：石墨烯电池在饱和氯化铜溶液中，时间（小时、天数）和产生电压的关系。 实验制成电路其中包含LED，用电线连接到带状石墨烯。他们只是把石墨烯放在氯化铜（copper chloride）溶液中，进行观察。LED灯亮了。实际上，他们需要6个石墨烯电路，形成串联，这样就可产生所需的2V，使LED灯发亮，就可以得到这个图片。 徐子涵和同事说，这里发生情况就是铜离子具有双重正电荷，穿过溶液的速度约每秒300米，因为溶液在室温下的热能量。当离子猛烈撞入石墨烯带时，碰撞会产生足够的能量，使不在原位的电子离开石墨烯。电子有两种选择：可以离开石墨烯带，和铜离子结合，也可以穿过石墨烯，进入电路。 原来，流动的电子在石墨烯中更快，超过它穿过溶液的速度，所以电子自然会选择路径，穿过电路。正是这一点点亮了LED灯“释放的电子更倾向于穿过石墨烯表面，而不是进入电解液。设备就是这样产生电压的，”徐子涵说。

石墨烯纤维研究报告解答

石墨烯调研报告（石墨烯纤维） 碳纤维因其质量轻、机械强度大及性能稳定的特点在生活中被广泛使用。但仍存在成本高，脆性高等缺点。石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构的新材料，是其他维度碳材料的构造基础。石墨烯具有很多独特的性质，如高电子迁移率、高导热系数、良好的弹性和刚度等。因此，将石墨烯组装为宏观的功能结构如纤维等，是实现石墨烯实际应用的重要途径。 近年来成功合成石墨烯纤维的例子及其在某些特殊应用上发挥的重要作用激发了人们的研究兴趣。一维石墨烯纤维不仅是对二维薄膜和三维石墨烯块的补充，而且对纺织功能材料和器件的发展具有十分重要的作用。本文中将对石墨烯纤维的研究现状和发展进行综述和展望。主要讨论石墨烯纤维的可控制备、功能性修饰及其在非传统器件（如柔性纤维状驱动器、机器人、马达、光伏电池和超级电容器）等方面的应用。 石墨烯纤维的制备 1.1液晶相湿法纺丝法 研究发现，可溶性氧化石墨烯片可以形成液晶相，呈现片状排列或螺旋结构，这使制备宏观石墨烯纤维成为可能。这种液晶结构能够使氧化石墨烯在足够高的浓度下分散，适合高效凝结成型。高成明等用注射器将石墨烯分散液注射到质量分数为5%的氢氧化钠/甲醇溶液中，制成了均匀的氧化石墨烯纤维。然后，采用氢碘酸化学还原的方法得到了石墨烯纤维。尽管该方法制得的纤维强度有待提升，但这种湿法纺丝法具有大规模生产石墨烯纤维的潜能。于虹等随后证明可以用氧化石墨烯悬浮液做为原料，流体纺丝后经化学还原制备石墨烯纤维，并提出了卷曲-折叠构造氧化石墨烯纤维的机理。该湿法纺丝技术促进了石墨烯与其他有机、无机材料复合纤维的多功能化发展。 湿法纺丝制得的氧化石墨烯纤维拉伸强度相对较低，这与纤维轴向的氧化石墨烯层的内部排列有关。为了解决这一问题，Tour研究组用大片氧化石墨烯（平均直径22μm）做为湿法纺丝的原料合成纤维。结果表明，这样制得的纤维拉伸模量比之前的方法高出一个数量级，纤维具有100%的高打结率。 通过改进湿法纺丝过程，Qu研究组发明了一种“双毛细管同轴纺丝法”，该方法能够连续生产形貌可控的中空石墨烯纤维。图1展示了实验装置及制备过