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可穿戴設備的未來救星:石墨烯材料

作者:https://www.jjswasset.com 發布時間:2019-10-26 15:36:44

可穿戴設備的未來救星:石墨烯材料


石墨烯是新材料領域一顆耀眼的新星,由於(yu) 其優(you) 異的力學、光學、電學和微量子性能,有望在電子、新能源、高端製造、醫療等領域得到廣泛應用,未來下遊應用市場有望達到萬(wan) 億(yi) 元水平。l.預計它將首先應用於(yu) 太陽能透明電極、散熱材料和觸摸屏領域。

石墨烯目前正處於(yu) 工業(ye) 化的關(guan) 鍵階段,在技術、工藝和產(chan) 業(ye) 鏈對接方麵需要大量的資源,工業(ye) 化的關(guan) 鍵和難點是相關(guan) 材料的準備、轉移技術和上下遊產(chan) 業(ye) 鏈的整合,工業(ye) 化的發展需要美國、英國、中國、日本和韓國的T處於(yu) 前列。

石墨烯業(ye) 務涉及的上市公司很多,但目前正處於(yu) 研發試驗階段或新的參與(yu) 階段,尚未對業(ye) 績產(chan) 生實質性影響。

石墨烯是由單層碳原子組成的六角形蜂窩點陣二維平麵材料。石墨烯的發現推翻了先前的概念,即在凝聚態物理中,二維材料不能在有限的溫度下存在。

石墨烯具有許多優(you) 良的機械、光學、電學和微觀量子性質。它是目前最薄、最硬的納米材料。同時,它具有普通材料所不具備的許多特性,如良好的透射率、高導熱性、高電子遷移率、低電阻率和高機械強度。預計今後石墨烯將用於(yu) 電極、電池、晶體(ti) 管、觸摸屏、太陽能、傳(chuan) 感器和超材料等領域,輕材料、醫療、海水淡化等應用是最有前景的先進材料之一。

石墨烯材料可分為(wei) 兩(liang) 類:一類是由單層或多層石墨烯組成的薄膜,另一類是由多層石墨烯組成的微芯片。石墨烯薄膜可分為(wei) 單晶薄膜和多晶薄膜。其中,單晶薄膜可用於(yu) 集成電路和其他電子器件。電子學領域,但工業(ye) 化還需要時間,多晶薄膜有望在5-10年內(nei) 實現工業(ye) 化,取代ITO玻璃用於(yu) 觸摸屏(特別是柔性製造屏幕)等需要透明電極的領域,除純石墨烯外,還有許多石墨烯衍生物,將得到廣泛應用。未來。

一般來說,石墨烯的應用將主要集中在電子、新能源、生物醫學、高精度製造、水處理等高科技領域。

在傳(chuan) 感器方麵,納米傳(chuan) 感器具有體(ti) 積小、精度高的特點,與(yu) 普通傳(chuan) 感器相比,原子級傳(chuan) 感器具有許多獨特的微特性,大大拓寬了傳(chuan) 感器的應用領域,納米傳(chuan) 感器可廣泛應用於(yu) 生物、化學、機械、航空、軍(jun) 事等領域。無磁傳(chuan) 感器、納米生物傳(chuan) 感器和納米光纖傳(chuan) 感器。納米傳(chuan) 感器的尺寸主要取決(jue) 於(yu) 探針的尺寸。隨著工業(ye) 生產(chan) 和環境監測的需要,納米氣體(ti) 傳(chuan) 感器的研究和開發取得了很大的進展,有望在商業(ye) 上處於(yu) 領先地位。未來的所有應用。

目前,利用分散催化劑在SiO 2/Si基體(ti) 上進行化學氣相沉積,製備了單壁碳納米管(SWCNT),使傳(chuan) 感器在複雜的氣體(ti) 環境中具有選擇性,與(yu) 傳(chuan) 統的傳(chuan) 感器相比,其分辨力和靈敏度有了明顯的提高。

單壁碳納米管(swcnts)具有優(you) 異的電子、機械等性能,但其製備一直是一個(ge) 難題,具有可控結構和性能的單壁碳納米管(swcnts)的製備是其應用的基礎和關(guan) 鍵,也是製約其應用的瓶頸。SWCNT的研究與(yu) 應用。

石墨烯具有良好的導電性和透光性,在透明導電電極中有很好的應用前景,結果表明,石墨烯的比表麵積高達2600平方米/克,導電性很高,儲(chu) 能效率幾乎是現有材料的兩(liang) 倍因此石墨烯是一種理想的電極材料,在替代其它電極材料方麵具有廣闊的應用前景。甚至商業(ye) 超級電容器中使用的活性炭和其他材料的比表麵積也小於(yu) 1000-1800平方米/克。石墨烯的綜合電性能優(you) 於(yu) 現有材料。

ITO(銦錫氧化物)廣泛應用於(yu) 傳(chuan) 統電極材料中,銦價(jia) 格昂貴且稀有,業(ye) 界正在尋找比ITO更便宜的替代品。石墨烯因其獨特的導電性和透明性而成為(wei) 替代材料。石墨烯製成的透明電極不僅(jin) 具有傳(chuan) 統電極的導電性。也可以彎曲和折疊。在施工過程中可與(yu) 建築物結合,經濟實用,透明導電電極不僅(jin) 可用於(yu) 太陽能領域,還可用於(yu) 觸摸屏、液晶屏、發光LED和超級電容器等領域,石墨烯電極目前正被全球LA使用。包括觸摸屏和超級電容器在內(nei) 的各種產(chan) 品的實驗室,如果能夠成功地商業(ye) 化,預計未來將改變電子行業(ye) 的製造模式。

石墨烯是目前已知的最薄、最強、導電性最好的材料,發現具有三維疊層多層異質結構的石墨烯可用於(yu) 製備高靈敏度、高效率的光伏器件,利用太陽能發電,有望成為(wei) 新一代的石墨烯。n太陽能電池,未來轉換效率更高。

從(cong) 目前的研究進展來看,石墨烯不僅(jin) 可以用作太陽能電池的透明電極,還可以用作半導體(ti) 層之間的中間電極。石墨烯最強大的領域是有機薄膜太陽能電池。在太陽能電池中使用石墨烯作為(wei) 中間電極的優(you) 勢在於(yu) ,石墨烯是透明的,並且在太陽能電池中具有良好的應用前景。d與(yu) 半導體(ti) 層兼容。

化學摻雜可以大大降低石墨烯的表麵電阻,調節石墨烯的工作性能,使其具有更高的柔性透明導電膜,由石墨烯製成的透明導電膜不僅(jin) 具有導電透明太陽能轉換器所必需的性能,而且具有金屬材料不具備,同時這種薄膜具有中遠紅外和高透射率的特性,能顯著提高太陽能的轉換效率。是新一代太陽能電池的理想材料,目前多晶矽太陽能電池的轉化效率為(wei) 30%。理論上,石墨烯太陽能電池有望將轉換效率提高到60%。未來,太陽能電池有望實現小型化,石墨烯可以彎曲透明。預計未來將在建築外牆上安裝石墨烯太陽能電池,使太陽能可用於(yu) 日常照明和供暖。

目前,富士電機是石墨烯光伏材料領域的領先製造商之一,公司正在積極開發石墨烯太陽能電池透明導電薄膜。

超級電容器是以高比表麵積碳電極/電解質界麵上產(chan) 生的電容或過渡金屬氧化物/導電聚合物的表麵和體(ti) 相的氧化還原反應為(wei) 基礎來存儲(chu) 和轉換能量的電子裝置,其結構類似於(yu) 電池,包括正極和負極。負電極、電解質、隔膜和收集器。

超級電容器作為(wei) 一種新型的儲(chu) 能裝置,具有體(ti) 積小、輸出功率大、充電時間短、使用壽命長、工作溫度範圍寬、安全無汙染等優(you) 點。為(wei) 生產(chan) 高性能超級電容器,電極材料是超級電容器的關(guan) 鍵,決(jue) 定了電容器的能量密度、功率密度和循環穩定性等主要性能指標,目前,納米結構活性炭、卡賓槍等將成為(wei) 一種新型的電源裝置。微超級電容器的電極材料主要有去轉換碳、碳納米管、氧化釕、聚苯胺和聚吡咯,但這些材料的綜合性能不能滿足微能量係統的要求,同時微超級電容器的光刻工藝也比較複雜。生產(chan) 周期長,成本高,在一定程度上製約了超級電容器的商業(ye) 化。

實驗表明,石墨烯有望成為(wei) 一種新型高效的超級電容器電極材料,目前已開發出一種基於(yu) 石墨烯的新型微型超級電容器,它具有結構緊湊、充放電率高、機械柔性好等特點,與(yu) 傳(chuan) 統的固態電解質相比,石墨烯介電體(ti) 具有更好的性能。集成電路能顯著提高電容器容量和耐久性,可與(yu) 薄膜鋰離子電池媲美,這種新型石墨烯微電容器有望應用於(yu) 微電子係統、便攜式電子設備、無線傳(chuan) 感器網絡、柔性顯示器和各種電子設備的儲(chu) 能裝置。N生物體(ti) 。



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