石墨烯行業：政策扶持力度加大產業化穩步推進-160111（29頁）.pdf

1、化學氣相沉積法(CVD)是指在一定的溫度和氣氛條件下，含碳前軀體(一般為甲烷)在催化基底上分解遷移，碳原子自相結合形成石墨烯。用這種方法在 Cu 基底上制備出了高質量的石墨烯薄膜, 可用作透明電極使用?；瘜W氣相沉積法的缺點是一般需要在高溫環境下進行;將石墨烯從金屬催化基底轉移到其他基底的過程中，雜質及缺陷的引入難以避免;石墨烯在催化基底上的生長是從一個個生長點開始最后拼接成一個整體，因此得到的石墨烯通常不是單晶，對其導電率有很大影響。外延生長法主要是指 SiC 外延生長，是指在一定溫度下，將 SiC 表層的 Si 原子蒸發，留下 C 原子自組織形成石墨烯。這種方法生長的石墨烯載流子遷移率比較高

2、，適合電子器件類應用，但如何去除惰性的 SiC 基底轉移石墨烯是一個問題。石墨烯的產業化在這一節之前所說的石墨烯都是指理論上的石墨烯，也即單層石墨，然而到了產業化階段，產業界關于石墨烯的定義看法不一，分歧主要來源于生產粉末產品的公司，有的認為 10 層以下的都叫石墨烯(按 1 層 0.35nm 算，厚度在 3.5nm 以下)，有的卻認為 100層以下都可以叫石墨烯，甚至將其重新命名為石墨烯微片。這有其合理性：一方面單層石墨的制備難度大，并且只能以溶液保存，如果將其干燥，由于比表面積過大，無可避免會發生團聚從而導致層數增加;另一方面在應用的時候，往往并不需要單層石墨，多層石墨甚至應用的更好。因此

3、姑且將幾層到幾十層的石墨都叫做石墨烯。石墨烯從發現到獲得諾貝爾獎只用了 6 年時間，這在諾貝爾獎的歷史上是罕見的，而其在光學、力學、電學、熱學等領域的卓越性能令其可在材料科學的各個領域得到應用，這讓產業界為之狂熱，從 2011 年開始，全球特別是中國產業界投入了大量資金推進石墨烯的產業化，取得了不少成果，中國的石墨烯產業化一直走在世界前列，據英國泰晤士報網站 2015 年 10 月 24 日報道，在截至今年初的逾 2.5 萬件石墨烯應用專利申請中，近 1/3 來自中國。制備方法的產業化正如前邊所說的，石墨烯產品最終的形態有溶液、粉體、薄膜，溶液干燥之后可以得到粉體，不過層數低的產品一般都是溶液

4、形式。制備溶液、粉體的方法比較多樣化，主要的是前面介紹的還原氧化石墨法(Hummers 方法)及其各種改良方法(有常州第六元素、中國寶安等)，除此以外還有插層剝離法(寧波墨西)、球磨法(廈門凱納早期的主要方法)等等，因此產品標準化程度低。將 Hummers方法大規?；饕幸韵码y點：1. 需要處理強氧化劑(KMnO4)、強酸(濃硫酸)且需要加熱，對設備的要求很高;2. 沒有標準化設備，需要企業自主設計;3. 產物中的雜質離子非常難去除，影響產品質量和穩定性;4. 大量的廢酸需要處理;5 步驟較多，成本難降下來。目前常州第六元素材料科技股份有限公司自主設計的采用 Hummers 方法、熱還原路線

5、的年產 100 噸的數字化控制生產線已成功實現了石墨烯產品低成本規?；苽?。而據公開資料顯示，寧波墨西科技有限公司(華麗家族控股公司)的年產 300 噸石墨烯的生產線采用的是插層剝離法(從其專利中得知，所用的插層剝離法還是要用到高錳酸鉀、濃硫酸、重鉻酸鉀等原料，據推測還是 Hummers 方法的變異)，2014 年 5 月28 日在新品發布會上其公布的石墨烯價格為 1 元/克，也就是每噸 1 百萬，據稱已經是全球最便宜的價格，但這仍然遠遠高于碳纖維的 21 美元/千克，高成本已經成為了阻礙石墨烯產業化發展的最主要的問題，按照 Hummers 方法的配比，氧化 1g 石墨(16 元/千克)需要 0.5g 硝酸鈉(2000 元/噸)、3.5g 高錳酸鉀(30000 元/噸)、25ml 98%濃度的硫酸(374 元/噸)，1 克石墨烯的原料成本為 0.139 元，可見大部分成本是加工成本，如果大批量生產，成本可以進一步下降。其次產品穩定性差、標準化程度低也是阻礙其發展的重要問題。