2020年石墨烯十大商用近况(附企业清单)

石墨烯是目前世界上最薄且最坚硬的纳米材料,这一特性引起了研究人员的极大兴趣,其主要性能和制备方式已经被许多科学家和学者反复讨论验证。此外,它具有的出色的电、热和光学特性,在电池、传感器、太阳能电池板、电子产品等各个领域具有许多应用潜力。

业内人士非常关注石墨烯的商用情况,这是它最大的挑战之一,也是业界讨论的重点。目前,全球有数十家石墨烯制造商,尽管产量相对较低、成本也较高,但我们已经看到一些石墨烯的商业应用。未来随着其产量的增加和价格的下降,石墨烯有望在越来越多领域得到应用。

01电池
新能源电池是石墨烯最早商用的重要领域。早前美国麻省理工学院已成功研制出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板,可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本,这种电池可在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。石墨烯超级电池的成功研发,解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题,极大加速了新能源电池产业的发展。这一系列研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。

此外,有研究人员证实,其制备了一种由石墨烯和硅制成的锂离子电池,该电池一次充电可使用一周,仅15分钟即可完成充电。华为也曾发布了其对基于石墨烯的锂离子电池的研究,该电池具有更高的耐热性,且寿命是传统锂离子电池的两倍。

02复合材料
通过在材料表面添加一些石墨烯,并加以其他工艺辅助,可以改善聚合物体系的性能和功能。少量添加石墨烯可以使环氧树脂的刚度和强度提高一倍,并且碳纤维增强体系的压缩性能显著提高,这有望为航空航天、高性能汽车、风能和体育应用提供性能更强的新一代聚合物和复合材料。

有研究人员将碳纳米管石墨烯添加到环氧树脂复合物中,并涂覆于直升机旋翼桨叶的前缘,其在一定条件下可融化1厘米(0.4英寸)厚的冰层。

国际车轮生产商Vittoria销售由石墨烯增强的复合材料制成的自行车车轮,石墨烯可为车轮提供了诸如散热(降低15-30°C)、增加横向刚度(超过50%)等优势。Applied Graphene Materials公司宣布已提供石墨烯材料,用于生产英国Century Composites制造的钓鱼竿。HEAD公司也推出了用于女士的石墨烯增强型滑雪板,名为Joy,意在轻巧耐用。

03传感器

石墨烯因其独特的特性(包括大的体积比,独特的光学特性,出色的电学特性),在传感器应用中得到了极大的开发。例如,它已应用于葡萄糖、胆固醇、血红蛋白和癌细胞的诊断。同时,它也可以用作pH传感器来检测污染物。由于基于石墨烯的压力传感器占地面积小、重量轻,因此它对航空业也特别有吸引力。

石墨烯在空气或生物流体中不会氧化,通过将生物捕获分子和阻挡层应用于石墨烯,然后控制石墨烯与生物测试样品的液体之间的电压差,可以将石墨烯电路配置为场效应生物传感器。在各种类型的石墨烯传感器类型,生物传感器是第一种可出售的传感器。

04医疗

在医疗领域,石墨烯有望作为药物输送平台来治疗癌症,也有可能在组织工程中作为增强剂使用。但是这些都不太可能在近期进入市场,加快其商用推广已成为热点话题。
· 组织工程:石墨烯在组织工程中用作增强剂,可以改善可生物降解的聚合物纳米复合材料在工程骨组织应用中的机械性能。
· 生物成像:功能化且分散于表面活性剂的石墨烯溶液已被设计为血池MRI造影剂。此外,掺入石墨烯纳米粒子的碘和锰已成为多模式MRI计算机断层扫描(CT)造影剂。
· 药物输送:莫纳什大学(Monash University)的研究人员发现,石墨烯可有效吸附癌细胞,从而能够设计用于癌症治疗的药物递送剂。

05石油化工

石墨烯纳米材料可以作为乳液稳定剂,或作为井眼强度改进剂,可以对钻井液和完井液具有流体渗透屏障的作用,这会为钻探活动产生“智能流体”,可以减少渗入岩层孔隙的流体、保持原始岩层压力、减少钻孔工具的磨损,以及减少钻杆液压粘附或卡住管道的可能性。

使用石墨烯纳米材料作为钻井泥浆润滑液,可增强减摩能力、抗磨性能和泥浆稳定性。此外,使用石墨烯材料以及单壁纳米碳材料进行的纳米技术EOR化学研究已经成为近期的研究重点。从理论上讲,这些材料会与油反应并改变其油性,从而增加油的流动性,从而提高原油的产量。

06涂料

氧化石墨烯用作涂料的添加剂,可以用于从玻璃到金属的各种表面。通过简单的化学修饰,所得涂层在化学和热稳定性方面表现得像石墨,但在机械方面它们又变得非常坚固,几乎与石墨烯一样坚韧。

· 蒸汽冷凝器上的石墨烯涂层使冷凝效率提高了三倍,整个工厂的效率提高了2-3%。
· 石墨烯涂层可能会被引入新一代防水设备,使得防水设备的底盘不需要再被密封。
· 使用石墨烯作为导电添加剂后,可以规避因为导电剂带来的底漆颜色变深的问题,对于汽车静电喷涂的改进十分有利。数据显示,加入2%到4%的石墨烯后,底漆涂层值为40-50,完全可以满足汽车对静电喷涂的色度要求。

07导电印刷和包装

石墨烯基油墨可提供高导电性、柔韧性、高速印刷和低温固化,这意味着可以对印刷品进行摩擦、弯曲、折皱而不会造成损坏,并且可以稳定地抵抗温度、湿度和腐蚀,这为诸如医疗设备、能量存储设备、高分辨率显示器以及电化学和生化传感器之类的特殊应用打开了印刷电子产品的大门。

包装公司MWV与Vorbeck Materials合作,为需要嵌入式安全系统的产品创建了基于石墨烯的包装,其传感器可以检测出产品何时被移动,何时被取出等。

08运动器材

石墨烯基复合材料将有助于生产更坚固、更轻且更耐用的运动器材。

Directa Plus是自行车轮胎的石墨烯供应的先驱,早期的实验室轮胎测试表明,石墨烯的添加会给产品的性能带来飞跃。在50公里的计时赛中,可以帮助运动员节省40秒的时间,并且石墨烯的应用使得车胎对穿刺和割伤的抵抗力得到了显著提高。

HEAD公司宣布了他们的新系列石墨烯网球拍(YouTek Graphene Speed系列)。据称石墨烯的使用可以使得球拍杆身变得又轻又坚固。

09超级电容器

超级电容器就像电池和电容器的混合体。石墨烯超级电容器是一种特殊的电容器,拥有异常高的导电性和大比表面积,在能量储存和释放过程中比同类产品有较高的优越性。

研究人员曾宣布了一种基于DVD燃烧器还原方法生产石墨烯超级电容器的新技术。随后,该技术被改造为生产堆叠式3D超级电容器。堆叠配置大大提高了设备的能量密度,在测试中,器件在12,000次充放电循环中保持稳定,并保留了90%的电容。

10晶体管


IBM的研究可以使石墨烯晶体管在不久的将来得到应用。该晶体管的研制是IBM承接的美国国防部高级研究计划局的一项任务中的一部分,美国军方希望该项研究能够帮助他们研发出高性能的无线调频晶体管。

IBM研究院在接受采访时指出,石墨烯无法在数字计算领域完全取代硅,但它们可以互为补充,以混合电路的形式扩展计算机芯片的性能,此类电路不依赖于较高的开关比。同时他们表示石墨烯晶体管电路的尺寸在理论上是无限的,相较于硅基电路,石墨烯的输电速度要快200倍。

【哈尔滨老旧小区治理“桥北”样本】一提起老旧小区 ,人们自然而然会联想到环境“脏乱差”,而有着20年历史的哈尔滨市南岗区桥北小区西区,却被管理得井井有条、干净整洁,环境和谐宜居,业主和物业互赞对方好。他们是怎么做到的?桥北小区西区治理经验是否可复制推广?日前,记者前去多方采访,探寻答案。

踏查:“桥北”的好,好在哪儿?

亮点一:封闭管理收费低,设施老旧却干净。日前,记者来到桥北小区西区。令记者诧异的是,这个20年的老小区实行的是封闭管理,居民持卡进入,居民楼也需刷卡进入。小区内禁止进车,不许停车,孩子们在小区里自由嬉戏。记者看到,小区路面虽然比较老旧,也不是特别平整,但是鲜有尘土,干干净净。“老点、旧点不怕,干净利索就行。”一位在院里正在和邻居打扑克的大娘说。

循着晒太阳的老人指点,记者发现小区十多个长椅、几个石凳上摆满了椅垫。社区干部说,是一些好心居民用自家闲置的海绵、旧衣缝制的,放在长椅、石凳上,供出门遛弯的老人用,而且一个也没少过。“下雨天都浇不着,有人来收椅垫,晴天再拿出来晾晒。”

整洁、安全、邻里和睦,这个令很多人羡慕的小区,物业费多少钱?被记者问及的居民笑眯眯地说:“咱们这按照住房使用面积收,每平方米3毛钱”。

亮点二:楼长“一声吼”,物管来修门。记者走访时发现,在小区的4号楼旁,有一个专门存放儿童车的装置。此时,一位女士推着儿童三轮车过来了。这位女士告诉记者,小区都是多层,没有电梯,以前儿童车都得自己扛楼上去,有了这个存车点非常贴心。

记者采访时,恰遇这里设施保修的一个全过程。5号楼2单元楼门开关出现故障,首先是好心的居民在单元门边搁置了砖头,方便人们进出;接着是5号楼楼长掏出手机给物业拨通了电话。很快,一名电工和一位保安带着手电、电工钳等工具来了,检查门扇,检测电源。5分钟后,单元门的绿灯亮起,门头灯也亮了。工人离开时,特地跟居民们打了个招呼:“别生气啊,下次我们再快点。”说着,人笑呵呵地离开了。

探秘:小区如何做到“内外兼修”?

绝招一:社区党建引领“三方会谈”,将问题“摆上桌面”。谈起桥北小区西区为何能焕发新生机,哈尔滨市通达街道办三孔桥社区党委书记何雪莹说,是社区历任党委积极探索并建立起的“1+3+X”社会治理模式,在小区管理中结下了硕果。“1”即社区党委引领;“3”即居委会、业委会、物业公司3方联动;“X”即社区志愿服务队和各类社会组织多方助力。

针对老旧小区乱摆乱放、私接乱建、房顶漏雨、车辆无序管理等问题,近几年来,三孔桥社区党委以党建工作为引领,组织社区、业委会、物业召开协商会议,将 “问题摆在桌面上”。2号楼居民吕新中说,小区内有两处仿古凉亭,因年久失修锈迹斑斑,经社区、业委会、物业“三方会谈”,最终由物业对小区休闲设施进行重建、扩建,居民们又有了休闲娱乐的地方。

近几年来,三孔桥社区联合物业、业委会、志愿服务队、社会组织等,先后开展了关注困难家庭未成年人系列活动、与居民开展“集百家米 包百家粽 汇百家情”端午节活动、“中秋百家宴”活动等。“社区领导干部搭台,居民踊跃参加,邻居们多接触多了解,促进了和谐社区的建设。”采访中,不少居民向记者吐露了心声。

绝招二:业委会运转机制规范,敦促物业修墙补路。小区业委会的建立,不仅加强了居民监督和管理的凝聚力,还使社区管理形成了合力,更“唤醒”了老旧小区的自治活力。通达街道办党工委书记周楠告诉记者,桥北小区业主委员会于2014年10月20日正式成立,业委会成员之间分工明确、各司其职。

业委会成立之后即从治理小区环境入手,制订计划和规章制度。业委会成员经常入户调查、广泛征集居民意见并反馈给社区和物业。同时,配合物业、社区清理楼道内堆放的杂物。几个月后,小区的环境大有改观,业主的文明素质有所提升。

2018年,业委会积极敦促物业公司完成了修缮小区墙面改造、修补小区道路、开展小区绿化治理、翻新小区围墙等多项工作,赢得了居民的信任;居民普遍感到困扰的供水问题,由业委会牵头,收集居民意见,报送物业部门并及时解决,得到居民的一致认可。居民家里的灯泡、水龙头、排烟罩、门锁等坏了,业委会组织具有相关特长的志愿者上门免费维修。小区业主们对业委会赞不绝口。

绝招三:居民参与志愿服务,免费维修巡逻防控。桥北小区西区有3支正规的志愿者服务队。业主家出现跑冒滴漏,“找冯叔!”人们口中的冯叔,大名冯守民,今年68岁,他是业委会委员,也是小区义务维修服务队的负责人。从2016年至今,这个服务队已为业主服务千余次。小区里还有一支治安巡逻服务队,最初是由8名老年志愿者组成的,现在已发展成为112人的通达街派出所治安巡防大队。每天队员们在小区内巡逻,见到陌生人、可疑人员进行盘查,对进小区叫卖的、粘贴小广告的人员劝离制止。每年夏秋两季,小区业主杨忠山带领21名志愿者栽种花草。此外,为了配合垃圾分类工作开展 ,这个小区还成立了一个“垃圾分类志愿服务队”。

小区内还有一批老年志愿者“以老扶老”,对行动不便的老人进行重点帮。据姚伟民统计,今年疫情防控期间,桥北小区西区共出动278名志愿者,其中175名志愿者都是老年人。

绝招四:物业提升服务水平,换单元门和供热管线。哈尔滨物业集团有限责任公司学府区域分公司经理祝卫国告诉记者,这个小区以前属于铁路家属房,物业费一直维持在每平方米0.3元,且按使用面积收取。2018年公司接手该小区后,积极与社区、业委会互动,助力老旧小区“华丽转身”。

3年来,该公司先后更换了小区供热管线、单元门和部分房屋彩钢棚顶,自筹资金更换楼梯间窗户、小区太阳能路灯、外墙保温工作,日前正在安装的小区高清监控系统即将投用。据小区物业站主任刘春梅介绍,物业与社区、业委会形成长效机制,随时沟通,及时解决各种问题。房管员配置专用工作手机,添加业主微信,及时获知报修信息。

解读:老旧小区共建共治共享,“桥北经验”可复制可推广

“桥北小区西区在治理工作中,发挥百姓的监督权和参与权。在老旧小区改善社区环境的同时,也提高了社区处理疑难问题的能力。在南岗区老旧小区治理工作中,起到了示范带头作用。”日前,哈尔滨市南岗区委书记李庆表示。

群众路线助推老旧小区“共建共治共享”,“桥北”的经验是否可复制可推广?我省社会学专家曲文勇深以为然。他说,桥北小区西区是在各方努力下达到良性运行,形成可持续的社区文化,其治理经验可以为哈尔滨其他老旧小区改造提供样本。政府投入真金白银,百姓期待舒适安全的居住环境,老旧小区治理是一项意义重大的民生工程。在这项工程的推进中,不能只喊口号,而是要落实群众路线、整合社会资源,协调多方关系,充分发挥群众的积极性,才能实现社区治理“共建共治共享”。
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