1 石(shi)墨(mo)烯及(ji)其(qi)應(ying)用(yong)介紹(shao)
1.1 石墨(mo)烯
石墨烯是由一個碳原子(zi)與周圍(wei)3個近碳(tan)原(yuan)子結(jie)合(he)形成(cheng)蜂(feng)窩狀結(jie)構(gou)的(de)碳(tan)原(yuan)子單層(ceng)。理想的(de)單層(ceng)石墨烯片是由一層(ceng)密集的(de)碳(tan)六元環構(gou)成(cheng)的(de)，沒有任(ren)何結(jie)構(gou)缺(que)陷，厚度約(yue)為0.35nm，是目前(qian)為止最(zui)(zui)(zui)薄(bo)的(de)二維納米碳材(cai)料。石墨烯是目前(qian)自(zi)然界最(zui)(zui)(zui)薄(bo)最(zui)(zui)(zui)強(qiang)韌的(de)材(cai)料，斷裂強(qiang)度(du)比最(zui)(zui)(zui)好的(de)鋼材(cai)還要(yao)高200倍。同時它(ta)又(you)有很好的彈性，拉伸幅(fu)度(du)能(neng)達到自身尺(chi)寸(cun)的20%。
目前石墨烯可量(liang)產的制(zhi)備(bei)方法(fa)主要為氧(yang)化還原法(fa)和(he)化學氣相沉淀法(fa)（CVD）。其中氧化還(huan)原法(fa)的原材料為石(shi)墨，CVD法的原材料為甲(jia)烷、乙(yi)炔(gui)等(deng)含碳氣(qi)體。目(mu)前的趨勢(shi)是(shi)生產缺陷極小的高品質石墨烯。因此，CVD法在大多數應用中使用頻率更高。
1.2 石墨(mo)烯應(ying)用領域
由于石墨(mo)烯具有(you)(you)優異的復合性能(neng)，雖然目前其下游應用(yong)還沒有(you)(you)實現產業化，但(dan)是(shi)其潛(qian)(qian)在的應用(yong)領(ling)域非常廣泛。在這些潛(qian)(qian)在應用(yong)領(ling)域中，應重點關注復合材料、過濾器(qi)、儲能(neng)、晶體(ti)管、傳感(gan)器(qi)、柔性透明電極等(deng)。
醫(yi)學：組織工程、造影(ying)劑、生物醫(yi)學傳感器、藥物輸送、生物樣品的過濾、DNA測(ce)序等
電(dian)(dian)(dian)子(zi)：晶體管、電(dian)(dian)(dian)極、量子(zi)點(dian)、自旋電(dian)(dian)(dian)子(zi)學、光電(dian)(dian)(dian)子(zi)學、光探測器、熱(re)管理、電(dian)(dian)(dian)子(zi)應(ying)用、填充的(de)導電(dian)(dian)(dian)聚合物
儲能：電(dian)(dian)池(chi)陽極、超級電(dian)(dian)容器(qi)、儲氫電(dian)(dian)池(chi)
過濾(lv)：水蒸餾、分(fen)子(zi)過濾(lv)、乙(yi)醇蒸餾、生物(wu)燃料凈化
傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)：壓(ya)力(li)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)、納(na)米電子(zi)機械系(xi)統、氣敏(min)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)、分子(zi)結合傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)、運(yun)動傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)、紅外傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)、隱形眼鏡(jing)、磁傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)
其他領域：建(jian)筑(zhu)材料、潤(run)滑、電(dian)波吸收、聲音傳感器、冷卻(que)劑(ji)添加劑(ji)
石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)的(de)特性組合(he)使其應用(yong)廣泛(fan)。但需要(yao)注意，這些應用(yong)通常都(dou)需要(yao)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)的(de)導(dao)電性或機械性能。這就導(dao)致石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)在(zai)每個應用(yong)領(ling)域都(dou)存在(zai)競(jing)爭材料，且與之相比，石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)的(de)性能表現(xian)各異(yi)。
1.2.1 輕量化(hua)復合強化(hua)材料
交(jiao)通(tong)領域(yu)，特(te)別(bie)是(shi)航(hang)空、航(hang)天和汽(qi)車(che)行業，大部分應用(yong)(yong)都(dou)需要輕量化復合(he)強化材(cai)(cai)料。以(yi)碳復合(he)材(cai)(cai)料替代(dai)金屬實現汽(qi)車(che)的輕量化，可以(yi)有效提高能源效率。政府(fu)大力推(tui)動汽(qi)車(che)能效提高也部分推(tui)動了產業的發(fa)展(zhan)。而在輕量化材(cai)(cai)料的替代(dai)過程中(zhong)，石墨(mo)烯將(jiang)發(fa)揮(hui)重要作用(yong)(yong)。
石(shi)墨烯的(de)性(xing)能遠超這些應用領域的(de)需求。石(shi)墨烯是截至目前人類已知強度(du)最高物(wu)質，與(yu)單壁碳納米管相當；韌性(xing)是碳纖維的(de)20倍；具有極高的(de)(de)(de)拉伸強度。而且(qie)，自下而上的(de)(de)(de)合成可使石墨(mo)長在銅或(huo)鎳(nie)的(de)(de)(de)泡(pao)沫(mo)上。利(li)用(yong)催化(hua)金(jin)屬進行蝕刻，可以產生多孔的(de)(de)(de)輕質石墨(mo)烯泡(pao)沫(mo)。
石墨烯在(zai)輕量化復合強化材料領域應(ying)用具(ju)有2方面優點：一是多層石(shi)墨(mo)烯氧化(hua)物，可作(zuo)為3D打印材(cai)料；二(er)是(shi)可以(yi)在催化金屬泡(pao)沫(mo)上合成3D石墨烯或(huo)石墨烯氣凝膠，其密度(du)僅為0.16g/cm3，是現有(you)最輕的材料。
但與其他材料(liao)對比，石墨(mo)烯作為(wei)輕量化復(fu)合強化材料(liao)，也存在(zai)成本(ben)高的限制。纖維、納(na)米線(xian)和碳(tan)納(na)米管更(geng)容易制成性能(neng)高且(qie)成本(ben)更(geng)低的復(fu)合材料(liao)。石墨(mo)烯納(na)米帶性能(neng)更(geng)為(wei)優異(yi)，但目前難以制備且(qie)價格昂貴。
1.2.2 生物醫學(xue)傳感器
生(sheng)物(wu)醫學傳感(gan)器是對生(sheng)物(wu)物(wu)質敏(min)感(gan)并(bing)將其濃(nong)度轉換(huan)為電信號進行檢測的(de)儀器，由(you)固定(ding)化(hua)的(de)生(sheng)物(wu)敏(min)感(gan)材料作(zuo)識(shi)別(bie)元件，搭配適當(dang)的(de)理化(hua)換(huan)能(neng)器及信號放大裝置(zhi)，構成的(de)分析工具或(huo)系統。
與碳納米管(guan)相比，石(shi)墨(mo)烯同(tong)樣是一種(zhong)理(li)想的(de)(de)生物傳(chuan)感(gan)材料，它(ta)擁有(you)(you)(you)碳納米管(guan)的(de)(de)廉價、環境友好(hao)、生物兼容(rong)性以及(ji)活性基團均勻分布等優點(dian)，同(tong)時，由于含有(you)(you)(you)大量的(de)(de)羧基、羥(qian)基等官能團，石(shi)墨(mo)烯具有(you)(you)(you)良好(hao)的(de)(de)溶解性能，這(zhe)是碳納米管(guan)所不具備的(de)(de)。另一種(zhong)方法是使用石(shi)墨(mo)烯和(he)金(jin)屬薄膜傳(chuan)感(gan)器。由于石(shi)墨(mo)烯可使生物分子緊密(mi)結合，從而增(zeng)強傳(chuan)感(gan)器的(de)(de)靈敏度。石(shi)墨(mo)烯結合得越(yue)緊密(mi)，傳(chuan)感(gan)器的(de)(de)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)效應越(yue)小(xiao)。
與其(qi)他(ta)材(cai)料(liao)相比(bi)，石墨烯(xi)可與現有材(cai)料(liao)相媲美(mei)或優于現有材(cai)料(liao)，但可能(neng)還不及(ji)其(qi)他(ta)無機(ji)二維(wei)材(cai)料(liao)。碳納米(mi)管、納米(mi)顆粒、納米(mi)線(xian)官能(neng)化(hua)的(de)微(wei)機(ji)電(dian)系統和半導體二維(wei)材(cai)料(liao)，如二硫化(hua)鉬，也都具(ju)有直接功能(neng)性，敏感度在(zai)很大程(cheng)度上取決于接受材(cai)料(liao)和介質。
1.2.3 過(guo)濾(lv)器
很多行業都(dou)需要過濾，包括化學品分(fen)離、生物(wu)樣品提純、海(hai)水凈化等。由于石墨烯(xi)具有良(liang)好阻隔性(xing)、可(ke)調節納米孔和(he)可(ke)控層間距等性(xing)能，因(yin)此其在過濾器領域應用(yong)十(shi)分(fen)突出。
石墨烯進行過(guo)濾有(you)2種方法：一(yi)是(shi)利用(yong)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)薄膜(mo)的(de)(de)(de)孔(kong)隙(xi)(xi)過濾。由于(yu)(yu)(yu)水凈化(hua)等過濾時(shi)會帶來(lai)較(jiao)高壓力，過濾介質需(xu)具有較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)強度，而合(he)成石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)通常缺陷較(jiao)少(shao)，可(ke)(ke)視為絕佳(jia)過濾介質。石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)生產工藝的(de)(de)(de)創新(xin)也進(jin)一(yi)步(bu)強化(hua)了這(zhe)(zhe)一(yi)優勢。可(ke)(ke)調節孔(kong)隙(xi)(xi)利于(yu)(yu)(yu)過濾，這(zhe)(zhe)是(shi)因為只(zhi)有小于(yu)(yu)(yu)孔(kong)隙(xi)(xi)的(de)(de)(de)物質才可(ke)(ke)以過濾出去。通過控制氧化(hua)性介質添(tian)加時(shi)間，可(ke)(ke)進(jin)一(yi)步(bu)控制石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)孔(kong)隙(xi)(xi)的(de)(de)(de)大(da)小。二是(shi)將(jiang)薄膜(mo)邊緣朝上，這(zhe)(zhe)樣(yang)物質就可(ke)(ke)以穿過石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)之間的(de)(de)(de)層(ceng)間距。這(zhe)(zhe)種方法主(zhu)要用(yong)于(yu)(yu)(yu)海水淡(dan)化(hua)，因為石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)的(de)(de)(de)層(ceng)間距小于(yu)(yu)(yu)海水中的(de)(de)(de)水合(he)離子(zi)，可(ke)(ke)利用(yong)多層(ceng)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)氧化(hua)物來(lai)進(jin)行過濾。
與其他材(cai)料相比，石(shi)墨(mo)烯存在不(bu)足(zu)：石(shi)墨(mo)烯與沸石(shi)的孔(kong)隙(xi)大小類似，而沸石(shi)已(yi)經應用于(yu)滲(shen)透蒸發脫鹽，并且最新的研究證明沸石(shi)也可(ke)通過反(fan)滲(shen)透進行海水淡化。此外，沸石(shi)的孔(kong)隙(xi)率比石(shi)墨(mo)烯可(ke)控性更高。
1.2.4 DNA測序
石墨烯在(zai)DNA測序領(ling)域的(de)應用看起來很有前景，但這一市(shi)場尚不成熟，現在與其他競爭材料對比還為時過早。石墨烯DNA測(ce)序(xu)的(de)原(yuan)理是將基(ji)于石墨(mo)烯的(de)電(dian)子傳感器與納(na)米孔(kong)結(jie)合使用(yong)。讓單個(ge)DNA分(fen)子穿(chuan)過石墨(mo)烯電(dian)子傳感(gan)器，就像一串珠子穿(chuan)過細小的鐵絲網(wang)，從而(er)實(shi)現實(shi)時(shi)、高通(tong)量的單分(fen)子測(ce)序。除此之外，還(huan)有(you)許多(duo)其他類型(xing)的DNA測序方法，每(mei)種方法在成本、測序時間和準確性方面都各有利弊。
相(xiang)比其他(ta)幾種方法，石墨烯(xi)納米孔的缺點(dian)是吞吐量低，單層測序也不準確(que)，而使用多(duo)層石墨烯(xi)可以顯著提高精度。
使(shi)用石墨烯進行DNA測(ce)序的(de)優(you)點在于可以長(chang)時間讀取(qu)，而不需要將長(chang)鏈(lian)DNA分解成(cheng)小片段(duan)。因此，這種方法具有(you)成(cheng)本低，且便攜性高(gao)。
目前DNA測序方法較多，很難(nan)確定(ding)哪一個將(jiang)支配市場(chang)。初步調查結果表明，成本(ben)和準確性將(jiang)是最(zui)大(da)的驅動力。由于石(shi)墨烯傳(chuan)感器具有成本(ben)效益(yi)優(you)勢，因(yin)此(ci)隨著DNA測(ce)序在醫療行業中的應(ying)用(yong)展開，石墨烯(xi)有望得到更廣泛的應(ying)用(yong)。
1.2.5 透明電極
透(tou)(tou)明(ming)電(dian)(dian)極(ji)可廣(guang)泛應(ying)用于顯示(shi)器、觸摸屏和(he)(he)太陽能(neng)電(dian)(dian)池等領域，其市場規模(mo)超十億美元。但由(you)于銦的(de)(de)(de)稀缺性(xing)(xing)，其價格一(yi)(yi)直(zhi)上漲(zhang)，這(zhe)一(yi)(yi)行業一(yi)(yi)直(zhi)在尋求(qiu)可替(ti)代銦錫氧化(hua)物的(de)(de)(de)材料。此(ci)外，隨著人們對柔性(xing)(xing)電(dian)(dian)子技術(shu)關注程(cheng)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)不斷提(ti)升，相對于剛性(xing)(xing)易碎的(de)(de)(de)銦錫氧化(hua)物，新型(xing)透(tou)(tou)明(ming)電(dian)(dian)極(ji)更為(wei)追求(qiu)柔性(xing)(xing)。而單層石墨烯的(de)(de)(de)透(tou)(tou)明(ming)性(xing)(xing)和(he)(he)導電(dian)(dian)性(xing)(xing)，使其在這(zhe)一(yi)(yi)領域的(de)(de)(de)應(ying)用相對廣(guang)泛。石墨烯的(de)(de)(de)厚度(du)(du)(du)和(he)(he)透(tou)(tou)明(ming)度(du)(du)(du)相關。如果在90%透明(ming)度時柔性能夠達到15Ω/m2，這就(jiu)基本可(ke)適(shi)用于所(suo)有(you)應(ying)用。單層石墨烯(xi)可(ke)實現(xian)這種薄層電阻(zu)，而(er)大面積(ji)石墨烯(xi)，就(jiu)沒有(you)額外的結電阻(zu)。
由于(yu)競爭技術的(de)(de)出現和(he)銦(yin)產(chan)量的(de)(de)增加(jia)，石墨烯在透明(ming)電(dian)極的(de)(de)應用(yong)有限。但(dan)石墨烯可用(yong)于(yu)柔(rou)性電(dian)子產(chan)品，它的(de)(de)表(biao)現優于(yu)其他納(na)米(mi)技術。隨著人們(men)對(dui)銦(yin)錫(xi)氧化物替(ti)代(dai)品的(de)(de)需求日益增長，一些替(ti)代(dai)品已經被(bei)開發(fa)和(he)商業化。石墨烯和(he)銦(yin)錫(xi)氧化物的(de)(de)主(zhu)要(yao)競爭材料(liao)是金(jin)屬納(na)米(mi)線、碳納(na)米(mi)管和(he)金(jin)屬網。目前已研(yan)究改進提高(gao)透明(ming)度和(he)結電(dian)阻(zu)的(de)(de)技術。
在過去的(de)10年里，其他材料已實現產業化發展，石(shi)墨(mo)烯與其相比(bi)目前(qian)表現不佳。例(li)如，C3 Nano Inc.公司(si)能(neng)夠(gou)實現30Ω/m2，90%的透明度，不足0.6%的(de)模糊度(du)；Rolith, Inc.公司的(de)亞(ya)微米金屬網能夠達(da)到5Ω/m2，96%的透明度，2%的模糊(hu)度；而我國無(wu)錫石墨烯企業能夠實現150Ω/m2，84%的(de)透明度，不足(zu)1%的模糊度。
石墨烯薄膜可能會減少由于均勻性造成的模糊。石墨烯納米帶性能優于其(qi)他(ta)材料，其(qi)結電阻會降低。石墨烯和納米技術結合發展比(bi)較有(you)前(qian)景，這是因為石墨烯可進一(yi)步提(ti)高(gao)結電阻和提(ti)高(gao)導熱系(xi)數。
1.2.6 儲能
儲(chu)能(neng)(neng)可廣泛應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)于(yu)包括便攜式電(dian)(dian)子(zi)、汽(qi)車和(he)可再生能(neng)(neng)源的儲(chu)存(cun)(cun)等領域。由于(yu)環保的要求，可再生能(neng)(neng)源和(he)新能(neng)(neng)源汽(qi)車的發(fa)(fa)展將推動這一產業的發(fa)(fa)展。用(yong)(yong)(yong)于(yu)長(chang)期(qi)放電(dian)(dian)、快速(su)放電(dian)(dian)電(dian)(dian)池(chi)(chi)和(he)超級電(dian)(dian)容(rong)器(qi)需要具有大(da)表(biao)面積的材料來積聚和(he)存(cun)(cun)儲(chu)電(dian)(dian)荷(he)。電(dian)(dian)池(chi)(chi)的電(dian)(dian)極也需要高導電(dian)(dian)性。人們已(yi)經(jing)開(kai)始(shi)研究(jiu)石(shi)墨烯在電(dian)(dian)池(chi)(chi)和(he)靜(jing)電(dian)(dian)雙層(ceng)電(dian)(dian)容(rong)器(qi)中(zhong)的應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)。而這些(xie)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)中(zhong)最好使用(yong)(yong)(yong)高品質(zhi)石(shi)墨烯，如(ru)三維石(shi)墨烯，即石(shi)墨烯泡(pao)沫和(he)氣凝膠。高比表(biao)面積能(neng)(neng)夠(gou)允許更(geng)大(da)的能(neng)(neng)量容(rong)量；微米級孔(kong)隙允許電(dian)(dian)解液快速(su)通過材料。
石墨(mo)烯(xi)，特別(bie)是石墨(mo)烯(xi)泡沫，比(bi)現有(you)標準電池優勢更為(wei)明顯。隨著人們(men)對(dui)儲能應(ying)(ying)用(yong)興趣(qu)的提升(sheng)，石墨(mo)烯(xi)電極有(you)望廣(guang)泛應(ying)(ying)用(yong)于電池和(he)(he)超(chao)級電容器中。石墨(mo)烯(xi)在(zai)儲能領(ling)域(yu)應(ying)(ying)用(yong)的競(jing)爭者是活性(xing)炭和(he)(he)石墨(mo)。活性(xing)炭是一(yi)種性(xing)價(jia)比(bi)高(gao)(gao)、具有(you)高(gao)(gao)比(bi)表面積和(he)(he)納米級孔隙(xi)的材料，這使它成為(wei)強有(you)力(li)的競(jing)爭者。由于活性(xing)炭目(mu)前已用(yong)于高(gao)(gao)端電池，石墨(mo)烯(xi)電極的性(xing)能必須非常優異，才能成為(wei)新(xin)的儲能標準。
與石墨烯相比，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)主要缺(que)點是孔隙之(zhi)間的(de)(de)(de)有限(xian)連通性(xing)(xing)，從而限(xian)制了電(dian)子輸運。由于現有活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭生產方法的(de)(de)(de)限(xian)制，基本不可(ke)(ke)能(neng)(neng)實現孔隙互(hu)(hu)聯互(hu)(hu)通的(de)(de)(de)可(ke)(ke)控性(xing)(xing)。最近的(de)(de)(de)研究表(biao)明，通過將碳源轉化(hua)為(wei)相互(hu)(hu)關聯的(de)(de)(de)碳源，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)可(ke)(ke)顯著改(gai)善。而利(li)用三維石墨烯改(gai)善了石墨烯電(dian)極的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。表(biao)面積的(de)(de)(de)增加大大提高了可(ke)(ke)以儲存的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)總(zong)量(liang)(liang)。
1.2.7 晶體管
晶(jing)(jing)體(ti)管(guan)是(shi)電子(zi)(zi)(zi)學的(de)(de)(de)(de)基礎，其研發(fa)趨勢是(shi)更小巧、更有效的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)體(ti)管(guan)。以石(shi)(shi)(shi)墨烯(xi)為開關(guan)材料的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)體(ti)管(guan)在(zai)學術界得到了廣泛關(guan)注。晶(jing)(jing)體(ti)管(guan)控(kong)制著電子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)流動，電子(zi)(zi)(zi)擁有向上的(de)(de)(de)(de)或向下(xia)的(de)(de)(de)(de)自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)量(liang)子(zi)(zi)(zi)力學性能。石(shi)(shi)(shi)墨烯(xi)的(de)(de)(de)(de)高流動性使其具有潛在(zai)的(de)(de)(de)(de)場效應。此外，石(shi)(shi)(shi)墨烯(xi)能夠保持電子(zi)(zi)(zi)在(zai)微米(mi)層(ceng)面的(de)(de)(de)(de)自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)能力。石(shi)(shi)(shi)墨烯(xi)是(shi)不理想的(de)(de)(de)(de)自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)電子(zi)(zi)(zi)主動元(yuan)件，它具有低(di)自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)軌道耦合(he)性。用石(shi)(shi)(shi)墨烯(xi)來操(cao)縱電子(zi)(zi)(zi)自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)是(shi)不可(ke)能的(de)(de)(de)(de)。摻(chan)雜石(shi)(shi)(shi)墨烯(xi)在(zai)自(zi)(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)—軌道耦合方面有所(suo)改進，也就是說，以(yi)石墨烯作(zuo)為自(zi)旋晶體(ti)管的開關材料(liao)仍需(xu)進一步創新(xin)。
由于過(guo)渡金屬硫化物等競爭(zheng)材料具有較高性能，石墨烯作為(wei)高性能晶體管和自(zi)旋電子學活性元素的(de)(de)應用有限，但(dan)作為(wei)復(fu)合強化材料還(huan)是很有前途的(de)(de)。石墨烯本質上不是半導體。競爭(zheng)對手(shou)包括各(ge)種半導體，從砷化鎵等半導體，到(dao)二硫化鉬(mu)等2D半(ban)導體(ti)。
在(zai)這一(yi)應(ying)用石(shi)墨烯的(de)(de)主要(yao)缺點是，它是一(yi)種零帶(dai)(dai)隙的(de)(de)金屬。在(zai)沒有(you)帶(dai)(dai)隙的(de)(de)情況下，石(shi)墨烯的(de)(de)關斷電流相對較高。引入帶(dai)(dai)隙可以解決這個問(wen)題，有(you)2種方(fang)法可以(yi)實現(xian)：摻雜和(he)量(liang)子(zi)(zi)尺寸效應。摻雜的(de)穩定性(xing)(xing)和(he)石(shi)墨烯納米(mi)帶的(de)邊緣效應都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)(sheng)影(ying)響。而(er)過渡金(jin)屬硫化物(wu)等半導體二維材料，在作為(wei)活性(xing)(xing)元(yuan)素的(de)性(xing)(xing)能(neng)方(fang)面是優于石(shi)墨烯的(de)。而(er)石(shi)墨烯在自(zi)(zi)旋(xuan)電(dian)子(zi)(zi)學的(de)距離內保持電(dian)子(zi)(zi)自(zi)(zi)旋(xuan)的(de)能(neng)力(li)是非常罕(han)見的(de)。鑒(jian)于這種稀有性(xing)(xing)，石(shi)墨烯很(hen)可能(neng)實現(xian)在這一領域的(de)應用。由于石(shi)墨烯不是自(zi)(zi)旋(xuan)電(dian)子(zi)(zi)學理想(xiang)的(de)活性(xing)(xing)元(yuan)素，因此(ci)需積極研究石(shi)墨烯與二硫化鉬(mu)等復合材料，從而(er)生(sheng)(sheng)產(chan)自(zi)(zi)旋(xuan)電(dian)子(zi)(zi)器件(jian)，控制電(dian)子(zi)(zi)自(zi)(zi)旋(xuan)。
2 石(shi)墨烯(xi)產業化發(fa)展面(mian)臨的挑(tiao)戰
根據(ju)全(quan)球新(xin)材(cai)料研(yan)發的歷史可以(yi)看出，新(xin)材(cai)料實現商業化成功的途徑有(you)2種，一是獲得實(shi)時利益，二是經(jing)過多(duo)年研究(jiu)尋找利基(ji)應用，最終(zhong)(zhong)發展成為廣(guang)泛應用。但(dan)一種新材(cai)(cai)料(liao)最終(zhong)(zhong)會被另一種新材(cai)(cai)料(liao)所取(qu)代。
石墨烯(xi)(xi)與(yu)這些(xie)新(xin)材料(liao)的(de)不(bu)同(tong)在于(yu)，其(qi)應(ying)用(yong)(yong)(yong)領域(yu)(yu)發展快(kuai)(kuai)速(su)，而(er)這種(zhong)快(kuai)(kuai)速(su)的(de)增長(chang)也會導致更(geng)多(duo)企業進入(ru)市場。石墨烯(xi)(xi)商(shang)業化(hua)過(guo)程將(jiang)遠快(kuai)(kuai)于(yu)其(qi)他新(xin)材料(liao)。石墨烯(xi)(xi)最初的(de)商(shang)業產品是對現有(you)(you)產品的(de)迭代(dai)改進，如(ru)加強(qiang)頭盔和增強(qiang)現有(you)(you)產品的(de)涂層。這種(zhong)方法(fa)不(bu)需要(yao)(yao)在實驗(yan)室中找(zhao)到有(you)(you)利于(yu)市場的(de)突破性特性。然而(er)，石墨烯(xi)(xi)要(yao)(yao)實現在其(qi)他應(ying)用(yong)(yong)(yong)領域(yu)(yu)的(de)廣泛使用(yong)(yong)(yong)則需要(yao)(yao)其(qi)性能(neng)優于(yu)其(qi)他競爭材料(liao)。據預測(ce)，從長(chang)期來(lai)(lai)看，一旦實驗(yan)室級性能(neng)石墨烯(xi)(xi)實現規(gui)(gui)模化(hua)商(shang)業化(hua)生產，這些(xie)領域(yu)(yu)的(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)將(jiang)會帶來(lai)(lai)更(geng)大規(gui)(gui)模的(de)石墨烯(xi)(xi)生產和應(ying)用(yong)(yong)(yong)。
也就是說，可以實(shi)現(xian)潛在開創性(xing)應用的新型石墨烯目前正實(shi)現(xian)商業(ye)化生產。由(you)于現(xian)有生產制(zhi)備技(ji)術的創新，大規模商業(ye)化將在未(wei)來(lai)10年內發(fa)生。
2.1 高品質石墨烯成(cheng)本過高
高品(pin)質石(shi)墨烯，特別(bie)是應用(yong)定制石(shi)墨烯，供給(gei)量低，價格昂(ang)貴(gui)，將限制石(shi)墨烯在短期內(nei)的(de)(de)(de)發(fa)展。此外(wai)，新型石(shi)墨烯的(de)(de)(de)批量化(hua)生產還需進一步(bu)創新，如三維(wei)石(shi)墨烯、納米纖維(wei)、石(shi)墨烯泡沫(mo)等。新型石(shi)墨烯可(ke)用(yong)于更多(duo)的(de)(de)(de)應用(yong)領(ling)域(yu)，它(ta)們的(de)(de)(de)生產對(dui)于行業(ye)發(fa)展至關重要。
2.2 應用市場(chang)過(guo)多(duo)缺乏聚焦
石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)(de)應(ying)用(yong)領域過(guo)多(duo)(duo)(duo)，缺乏聚(ju)(ju)焦(jiao)，導致石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)發展(zhan)(zhan)可能性多(duo)(duo)(duo)種多(duo)(duo)(duo)樣，這將(jiang)限制石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)產業(ye)的(de)(de)增長率(lv)。由于(yu)(yu)(yu)(yu)存(cun)在(zai)不(bu)同種類的(de)(de)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)，而(er)每種石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)(de)最理想應(ying)用(yong)并(bing)沒有(you)完全研(yan)究(jiu)透，因此探索其(qi)所有(you)的(de)(de)應(ying)用(yong)領域變得(de)至(zhi)關重要。用(yong)于(yu)(yu)(yu)(yu)不(bu)同應(ying)用(yong)的(de)(de)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)研(yan)發方向多(duo)(duo)(duo)種多(duo)(duo)(duo)樣，目(mu)前的(de)(de)研(yan)究(jiu)并(bing)未聚(ju)(ju)焦(jiao)到最有(you)發展(zhan)(zhan)前途的(de)(de)方向上(shang)。另(ling)外，對于(yu)(yu)(yu)(yu)復合材(cai)料性能優異，發展(zhan)(zhan)前景良好。但由于(yu)(yu)(yu)(yu)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)發展(zhan)(zhan)正處于(yu)(yu)(yu)(yu)初(chu)級(ji)階段，研(yan)發十分困(kun)難，這就(jiu)導致了更長的(de)(de)研(yan)發周期。
2.3 制(zhi)備和處理工藝的(de)限(xian)制(zhi)
為實現(xian)產(chan)業化(hua)(hua)，需(xu)(xu)要利用石(shi)墨烯(xi)(xi)的獨特(te)性(xing)質，但只有單層(ceng)無瑕(xia)疵石(shi)墨烯(xi)(xi)才具有石(shi)墨烯(xi)(xi)的獨特(te)特(te)性(xing)。因此，實現(xian)高品質石(shi)墨烯(xi)(xi)的生(sheng)(sheng)產(chan)非常(chang)具有挑戰(zhan)性(xing)，特(te)別是實現(xian)商業化(hua)(hua)生(sheng)(sheng)產(chan)。石(shi)墨烯(xi)(xi)各層(ceng)之間(jian)相互吸(xi)引(yin)，這(zhe)使得制備石(shi)墨烯(xi)(xi)非常(chang)困難，剝離(li)的石(shi)墨烯(xi)(xi)通(tong)常(chang)都有幾層(ceng)，而不(bu)是單層(ceng)。與(yu)碳納米管(guan)類似(si)，要完(wan)全剝離(li)出(chu)高純度(du)單層(ceng)石(shi)墨烯(xi)(xi)，則需(xu)(xu)要超(chao)強酸。而利用CVD法制(zhi)備(bei)石墨烯(xi)則更(geng)難(nan)(nan)避免多(duo)層。采用成核生(sheng)長法合成石墨烯(xi)，將產生(sheng)多(duo)個(ge)晶粒，從而存(cun)在晶界缺陷(xian)。限制(zhi)沉積到單(dan)層膜也是非常困難(nan)(nan)的(de)。此(ci)外(wai)，將石墨烯(xi)從催化表面轉移到所(suo)需的(de)襯底上會導致缺陷(xian)。因此(ci)，需要(yao)克服CVD合成石墨烯的(de)這些挑戰急需技術創新。
2.4 來自其(qi)他新材料的(de)競爭
石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)之所以獨特(te)是因為它的性能(neng)。但是，由于(yu)某些(xie)應(ying)用(yong)(yong)只是使用(yong)(yong)部分性能(neng)，因此，每種(zhong)應(ying)用(yong)(yong)都(dou)(dou)有(you)較強的競爭(zheng)(zheng)技(ji)術(shu)。對于(yu)每種(zhong)應(ying)用(yong)(yong)來說，都(dou)(dou)有(you)幾種(zhong)極具競爭(zheng)(zheng)力(li)的替代(dai)技(ji)術(shu)。有(you)些(xie)優于(yu)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)，或是與石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)相媲美。這限制了石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)在(zai)特(te)定領域的應(ying)用(yong)(yong)。
3 全球石墨烯市(shi)場(chang)發展現狀(zhuang)及預(yu)測
3.1 全球石墨烯(xi)市場發(fa)展現狀(zhuang)
3.1.1 石墨烯(xi)市(shi)場(chang)處(chu)于(yu)萌(meng)芽狀(zhuang)態
由于(yu)(yu)石(shi)墨(mo)(mo)烯在(zai)十多年(nian)前才研(yan)發出來，目前石(shi)墨(mo)(mo)烯市(shi)場還處于(yu)(yu)萌(meng)芽狀(zhuang)態，主要包括(kuo)一些生產和供應企業。據最近關(guan)于(yu)(yu)石(shi)墨(mo)(mo)烯的市(shi)場報告顯(xian)示，在(zai)過去幾年(nian)中，石(shi)墨(mo)(mo)烯產業呈(cheng)現快速穩定的增長態勢，近期年(nian)均(jun)復合增長率超過30%，高達60.7%。目(mu)前企(qi)業(ye)(ye)的(de)收入主要來自于(yu)研發類(lei)生(sheng)產(chan)(chan)企(qi)業(ye)(ye)，而所有(you)經(jing)營最終產(chan)(chan)品(pin)的(de)下游應用初創企(qi)業(ye)(ye)幾乎沒(mei)(mei)有(you)收入。雖然整個行業(ye)(ye)的(de)銷售有(you)所增長，但個別石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)生(sheng)產(chan)(chan)公(gong)司(si)沒(mei)(mei)有(you)像先前預測的(de)那樣做得好。石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)生(sheng)產(chan)(chan)技(ji)(ji)術的(de)迅速發展導致(zhi)了(le)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)生(sheng)產(chan)(chan)商(shang)大(da)量使用專(zhuan)有(you)技(ji)(ji)術。一(yi)些(xie)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)制造商(shang)卻慘(can)遭(zao)淘汰(tai)。達勒姆(mu)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯(xi)(xi)科技(ji)(ji)公(gong)司(si)擁有(you)一(yi)個專(zhuan)有(you)的(de)自下而上(shang)合成方法，盈(ying)利400萬美元，但4年后(hou)倒閉(bi)。此外，通(tong)用石(shi)墨烯公司也(ye)盈利870萬美元。grafentek公(gong)司已經從(cong)生產石墨(mo)烯轉型為生產透明導(dao)電氧化(hua)物/金屬(shu)氫化物。
3.1.2 石墨烯生產(chan)企業股票表現(xian)欠佳(jia)
盡管市場(chang)總體增長，但石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)和石(shi)(shi)(shi)墨(mo)生(sheng)產商的(de)股票(piao)(piao)一直在萎縮(suo)。這主要包括(kuo)幾個原因(yin)：一是許多關于(yu)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)炒(chao)作和大型供應(ying)企(qi)業(ye)(ye)倒閉的(de)新(xin)聞報道(dao)增加，人(ren)們對(dui)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)發展的(de)狂(kuang)熱(re)預(yu)期幻滅；二是缺乏(fa)商業(ye)(ye)產品。與(yu)其他納米(mi)技(ji)術公司(si)一樣，由于(yu)炒(chao)作被擱置，企(qi)業(ye)(ye)尚(shang)未實現大范圍收(shou)(shou)購，股票(piao)(piao)價格(ge)從最高估值急劇下(xia)降。而一旦(dan)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)開始產業(ye)(ye)化應(ying)用(yong)，預(yu)計石(shi)(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)市場(chang)將(jiang)增長。隨著(zhu)新(xin)加入者不斷涌現，收(shou)(shou)購可(ke)能成為當前大企(qi)業(ye)(ye)保持市場(chang)地(di)位(wei)的(de)關鍵。
3.2 全球石墨烯細分(fen)應用領域市場增長(chang)預測
預計在未來10年，隨著石墨(mo)烯應用(yong)(yong)實(shi)(shi)現產(chan)業化，石墨(mo)烯行業將(jiang)快速增(zeng)長。石墨(mo)烯的(de)應用(yong)(yong)推動力將(jiang)從大(da)學實(shi)(shi)驗室轉向大(da)型企業。而復合(he)材(cai)料、儲(chu)能(neng)、水凈化和音頻等應用(yong)(yong)領域(yu)將(jiang)獲得最大(da)程度增(zeng)長。石墨(mo)烯產(chan)業最大(da)的(de)細分(fen)領域(yu)將(jiang)是替代碳纖維在航(hang)空航(hang)天(tian)領域(yu)的(de)應用(yong)(yong)。2020年以后，隨(sui)著產業(ye)化(hua)應用領域的發(fa)展，特別是海水(shui)淡化(hua)技術的興起，研發(fa)機構對(dui)石墨(mo)烯的需求將穩定(ding)增(zeng)長(chang)，并成為石墨(mo)烯產業(ye)應用中規模(mo)較小的一部分。
3.2.1 輕量(liang)化復合強(qiang)化材料領域
預計在(zai)未來幾年(nian)內，復合強化輕量(liang)化材料領域將(jiang)以5%～10.6%的年均復(fu)合增(zeng)長率增(zeng)長，復(fu)合材料在航空航天(tian)領域應(ying)用將實現30億(yi)美元產(chan)值，在汽車復合材(cai)料(liao)領域應用將實(shi)現產(chan)值140億美(mei)元。這一領域產業發展(zhan)的(de)重點搶占高端輕量化應用市場份額，現有應用市場主(zhu)要以(yi)碳纖(xian)維為主(zhu)，其在航空(kong)航天復合(he)材料(liao)領域市場份額達到73%，在汽(qi)車(che)復合材(cai)料領域(yu)市場份額達到3%。未來石墨烯(xi)(xi)市場份(fen)額(e)的搶(qiang)占很(hen)可能取決于石墨烯(xi)(xi)氣凝膠和交聯氧化石墨烯(xi)(xi)膜(mo)的生產。在這2個(ge)領域(yu)，石墨烯的(de)技(ji)(ji)術優勢遠超其他競爭技(ji)(ji)術。盡(jin)管復(fu)合材料(liao)產品已(yi)經(jing)開始應(ying)用(yong)，但航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天領域(yu)應(ying)用(yong)的(de)大幅增(zeng)長(chang)預計需要3～7年；而汽車領域應用的大幅增長(chang)則需要5～10年(nian)。因此，未來需準確(que)評估航空航天領域應用所能帶(dai)來的收(shou)益；嚴格(ge)控(kong)制3D石墨烯生產加(jia)工，以(yi)確(que)保材(cai)料(liao)的一致性和可(ke)靠性。隨著3D石墨烯或纖維復合材料不(bu)斷研(yan)發，石墨烯的市場份額將進一步增加。
3.2.2 音響設備領(ling)域
音箱的小型化使(shi)得石墨(mo)烯在(zai)消費電子產(chan)品領域的應用增長(chang)(chang)，預計年均復合增長(chang)(chang)率達到17%。3D石墨烯(xi)可實(shi)現更薄、更小、更高效的(de)音頻驅動，因此3D石墨烯的可(ke)靠生(sheng)產將進(jin)一步提高其市(shi)場份額。在未來3～5年，隨著小(xiao)型節能部件領域(yu)對石墨(mo)烯需(xu)求的增長(chang)，預計石墨(mo)烯在這一領域(yu)的應用將迅速增長(chang)。
3.2.3 儲能(neng)領域
未來(lai)幾年，石墨烯在電池負極(ji)市(shi)場應用將實現3億美(mei)元(yuan)產值，年(nian)均復合增(zeng)長(chang)達到24%；在(zai)超級電容器市場應用將實現1.4億美元，年均復合增長(chang)率達(da)到11%。石墨烯(xi)泡沫(mo)或其他(ta)微孔三維石墨烯(xi)將(jiang)廣泛應用(yong)，其性(xing)能(neng)(neng)將(jiang)超越目前需(xu)要替(ti)代的能(neng)(neng)源存(cun)儲電極材料。未來為(wei)擴大市場(chang)份(fen)額(e)，需(xu)要改進(jin)現有3D石墨烯(xi)的生產(chan)，降(jiang)低成本(ben)。隨著電動汽(qi)車的廣泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)，對(dui)大(da)容(rong)量電池的需求(qiu)快速增(zeng)(zeng)長(chang)，以及包括再(zai)生制動和太陽能(neng)輸(shu)出功率等應(ying)用(yong)(yong)需求(qiu)的增(zeng)(zeng)長(chang)，對(dui)超級電容(rong)器(qi)需求(qiu)的提(ti)升(sheng)，預計(ji)石墨烯(xi)在(zai)這一領域的應(ying)用(yong)(yong)將在(zai)未來(lai)3～5年快速增(zeng)長。
3.2.4 水凈化領(ling)域
未來幾(ji)年，石墨烯在(zai)水凈化領域應用的市場將達到(dao)120億美(mei)元，年均(jun)復合增(zeng)長率將達到(dao)13%。海水(shui)反滲透脫鹽需(xu)要低成(cheng)本(ben)、高通(tong)量滲透膜，而海水(shui)凈化占(zhan)這(zhe)一領(ling)域市場(chang)的(de)70%以上。只(zhi)要全海水(shui)淡化系統的產(chan)量迅速(su)上升，石墨烯就很有可能(neng)迅速(su)占領(ling)市場份額。預計石墨烯將在未來3～5年內實(shi)現產業化應用(yong)，這期(qi)間需(xu)要一個(ge)較(jiao)長的孵化期(qi)。隨(sui)著石(shi)墨烯實(shi)現規模(mo)生(sheng)產，在2020后將實現快速增長(chang)。
3.3 全球石(shi)墨烯市場(chang)空間(jian)預測
到(dao)2025年，石墨烯(xi)在(zai)多個(ge)領域的(de)應用有望實現快(kuai)速增長(chang)，2017-2025年平均(jun)增長率達到72.8%（詳見圖1）。這預(yu)示著特定(ding)領(ling)域(yu)應(ying)用(yong)(yong)的石(shi)(shi)墨烯生(sheng)產將(jiang)快(kuai)速(su)增(zeng)長，在(zai)最有(you)前(qian)景(jing)的應(ying)用(yong)(yong)領(ling)域(yu)使用(yong)(yong)的石(shi)(shi)墨烯、碳纖(xian)維或其他(ta)標準材料(liao)市場占有(you)率將(jiang)迅速(su)增(zeng)加(jia)。在(zai)后幾年中(zhong)，石(shi)(shi)墨烯的市場應(ying)用(yong)(yong)采納率預(yu)計會(hui)增(zeng)加(jia)，因為產業(ye)發展(zhan)中(zhong)期推出(chu)的初始產品將(jiang)大大超過競爭對手。而在(zai)3D石(shi)墨烯實現規模化生產(chan)之前，任何意外的(de)延誤都(dou)會延緩這種快速增長(chang)。
圖1 2017-2025年全球石墨(mo)烯市(shi)場空間預測(ce)
4 石墨(mo)烯產業發(fa)展(zhan)趨勢展(zhan)望
4.1 石墨烯生產(chan)趨勢展望
高(gao)質量石墨烯(xi)規模(mo)化(hua)(hua)生(sheng)產的(de)(de)困難導致其(qi)生(sheng)產成本(ben)較高(gao)。目前的(de)(de)生(sheng)產趨勢：一是努力克服高(gao)質量石墨烯(xi)批量生(sheng)產加工的(de)(de)局限性。現有客戶大部(bu)分都來(lai)自(zi)于學術或其(qi)他(ta)研究機構(gou)，由于其(qi)消費(fei)量較低，因此(ci)帶(dai)來(lai)了潛在的(de)(de)石墨烯(xi)供給過剩。尤其(qi)是一些本(ben)已(yi)盈利數百萬美元(yuan)的(de)(de)石墨烯(xi)生(sheng)產企(qi)業紛(fen)(fen)(fen)紛(fen)(fen)(fen)倒閉，這一事實(shi)更是印證(zheng)了人們對(dui)此(ci)的(de)(de)判斷(duan)。大部(bu)分石墨烯(xi)生(sheng)產企(qi)業紛(fen)(fen)(fen)紛(fen)(fen)(fen)拓(tuo)展業務，實(shi)現多元(yuan)化(hua)(hua)生(sheng)產，進行新應(ying)用產品生(sheng)產，或投資應(ying)用企(qi)業。二是現有利基石墨烯(xi)的(de)(de)生(sheng)產，如交聯氧化(hua)(hua)石墨烯(xi)、3D石墨(mo)(mo)烯(xi)、納米薄片、納米帶、量(liang)子(zi)點。所有這(zhe)些石墨(mo)(mo)烯(xi)都只在研(yan)究初期(qi)，未(wei)來可(ke)用于(yu)某些應用，而基礎石墨(mo)(mo)烯(xi)正逐步產業(ye)化。
4.2 石墨烯(xi)應用領域增長點展(zhan)望(wang)
由(you)于現在已有大(da)量企業(ye)涉足石(shi)墨(mo)烯生產(chan)領域，而且(qie)基(ji)于新的(de)生產(chan)方(fang)法(fa)，未(wei)來(lai)還有更多的(de)企業(ye)進入，石(shi)墨(mo)烯的(de)生產(chan)制(zhi)備還未(wei)達到預期的(de)快速增(zeng)長速度。未(wei)來(lai)還需要(yao)殺手锏級的(de)應用(yong)來(lai)實(shi)現快速增(zeng)長。
4.2.1 增長點(dian)一：更輕更小的儲(chu)能設備
石(shi)(shi)墨(mo)烯在更輕更小儲能設備領域(yu)(yu)的(de)應(ying)用將(jiang)帶動(dong)石(shi)(shi)墨(mo)烯生產、設備集成(cheng)等應(ying)用領域(yu)(yu)的(de)發(fa)展。電(dian)池的(de)創(chuang)新(xin)已落(luo)后于其他先進消費電(dian)子領域(yu)(yu)的(de)創(chuang)新(xin)。未來將(jiang)進一步研發(fa)應(ying)用具有高導電(dian)性和多孔(kong)電(dian)極的(de)大容量電(dian)池和超級電(dian)容器；研發(fa)新(xin)型石(shi)(shi)墨(mo)烯，如3D石墨(mo)烯，能夠在保持高導電性的同時，實現表面積最大化(hua)，目前(qian)研發(fa)機(ji)構正在進行3D石(shi)墨(mo)(mo)烯的(de)(de)潛在規模(mo)化(hua)商業化(hua)研發，需要(yao)進(jin)一步轉化(hua)成商業化(hua)應用；研發新(xin)型石(shi)墨(mo)(mo)烯在能源(yuan)存(cun)儲設(she)施(shi)的(de)(de)應用；進(jin)一步提高高純石(shi)墨(mo)(mo)烯的(de)(de)制備(bei)方法(fa)；在替代(dai)現有(you)標準方面，這(zhe)些能源(yuan)存(cun)儲設(she)備(bei)的(de)(de)新(xin)性能將(jiang)至關重要(yao)。
4.2.2 增長點二：復合強化(hua)輕量化(hua)材(cai)料(liao)
石墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)在超輕(qing)量(liang)化(hua)(hua)(hua)復(fu)合材(cai)料領域的(de)應用(yong)(yong)(yong)將(jiang)帶(dai)動石墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)生產(chan)、設備(bei)集(ji)成、商業(ye)化(hua)(hua)(hua)銷售等(deng)應用(yong)(yong)(yong)領域的(de)發(fa)展。石墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)泡沫和石墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)氣凝(ning)膠(jiao)是(shi)最(zui)輕(qing)最(zui)強(qiang)的(de)材(cai)料，這些材(cai)料可在現(xian)(xian)有(you)應用(yong)(yong)(yong)領域替(ti)代其他諸如(ru)碳纖(xian)維(wei)等(deng)輕(qing)量(liang)化(hua)(hua)(hua)材(cai)料，其應用(yong)(yong)(yong)范(fan)圍可覆(fu)蓋從(cong)航(hang)空材(cai)料的(de)輕(qing)量(liang)化(hua)(hua)(hua)到消費(fei)電子的(de)高效播放(fang)器等(deng)領域。新(xin)型石墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)將(jiang)進(jin)一(yi)步實現(xian)(xian)規(gui)模化(hua)(hua)(hua)商業(ye)化(hua)(hua)(hua)發(fa)展。因此(ci)，需要(yao)石墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)生產(chan)企(qi)業(ye)和應用(yong)(yong)(yong)企(qi)業(ye)進(jin)一(yi)步加(jia)(jia)強(qiang)合作(zuo)。隨著創新(xin)的(de)加(jia)(jia)快和知識產(chan)權保護的(de)加(jia)(jia)強(qiang)，在其他需要(yao)更強(qiang)輕(qing)量(liang)化(hua)(hua)(hua)材(cai)料領域的(de)應用(yong)(yong)(yong)將(jiang)進(jin)一(yi)步展開。