德国碳纳米管及石墨烯发展概况.docVIP

德国碳纳米管及石墨烯的发展概况 碳纳米管和石墨烯是世界材料行业飞速发展的产物，因为它们代表着更高的性能，更轻的质量，更可靠的环保责任。德国在该领域的研究虽然起步较晚，但随着其后续大量的投入，已经让它成为世界上相关产品研发的领跑者。碳纳米管和石墨的发展前景虽被看好，但高昂的制备成本和较低的产量却严重遏制其大规模应用。 图为：单壁碳纳米管（左），多壁碳纳米管（右） ??? 随着行业对于材料性能的要求越来越高，传统材料的发展占空间逐渐走向萎缩，而高新科技材料将会取而代之成为行业选择的未来之路。众所周知，碳纳米管（CNTs）和石墨烯（graphene）及其复合材料因其卓越的电气及机械特性，已经在诸多领域，如光电，传感器，半导体器件，显示器，指挥，智能纺织品和能量转换装置（例如，燃料电池，收割机和电池）等，显示出巨大的应用潜能。 ??? 从化学结构看，碳纳米管（CNTs）可以用作有机或无机半导体的替代物，但高昂的成本是目前限制其广泛用的最大难题。然而，碳纳米管作为一种新型材料有望在不久的将来实现成本低廉化大规模生产。 ??? 在电子学应用领域（电磁屏蔽除外），碳纳米管最大的用途是导体。它不仅具有高电导率，其材料还能呈现透明状，使用起来非常灵活便于拉伸。因此可以取代ITO，用于制作显示器，触摸屏，光电与显示母线和其他产品。经实验证明，碳纳米管的迁移率高于硅，这就意味着碳纳米管可以用于制造快速转换晶体管。此外，碳纳米管能够用于制备高性能的大面积加工设备，如印刷设备，从而帮助提高生产工艺，并显著降低生产成本。碳纳米管还适用于制造超级电容器，其原理是通过利用电容和晶体管的功率密度来平衡电池的能量密度，从而达到弥合电池和电容器的差距的目的。 ??? 从目前发展程度来看，碳纳米管的最大挑战是材料纯度，设备制造，以及对其他设备材料（如适当的电介质）的需要。但毋庸置疑的是其无法超越的性能优点（比如高性能，灵活性，透明度和可印刷性），将会为其迎来广阔的发展空间。 ??? IDTechEx公司的一份调查报告指出，碳纳米管在未来5年将会以高达300％的速率增长。这份名为《碳纳米管和石墨的电子应用：技术，生产商和机遇》的报告涉及的内容还包括：纯碳纳米管生产，和导/半导碳纳米管的分离，及其应用程序。 图3：石墨烯 碳纳米管及石墨烯在德国的发展概况 ??? 现在，德国以及世界上许多其他地区，已经越来越重视碳纳米管的应用潜能。为此，有许多新兴公司，网络和项目已经投身到碳纳米管和石墨烯的研发和应用研究。其中，最受关注的对象当属多壁碳纳米管（MWCNT）复合材料及其应用，而目前碳纳米管电子产品的开发尚处于起步阶段。导电复合材料可用于有机电子设备和光电设备，特别是透明的碳纳米管电极可以作为ITO电极的替代物。 ??? 在过去的几年里，德国几乎错过了碳纳米管和石墨烯用于电气和电子应用研究的所有工作。为了跟上世界科研的步伐，德国碳纳米管创新联盟（Inno.CNT）应运而生。该联盟于2008年正式成立，其中包含约80名来自学术界和工业界的合作伙伴。碳纳米管创新联盟（Inno.CNT）是德国政府高科技战略的一部分，并受到德国联邦教育与研究署（German Federal Ministry for Education and Research ）“行业和社会材料创新（Materials Innovations for Industry and Society）”项目的资助。据了解，此项行动包括18个协作项目。其中有三项涉及交叉技术，并且以发展碳纳米管的生产，功能化和分散等课题的解决方案为开发目的。 ??? 此外，CONTACT是另外一个由欧洲委员会“居里夫人”项目（Marie Curie programme）资助的新的研究和培训项目。“居里夫人”项目包含来自7个不同国家的10个伙伴组织，目前由德国弗劳恩霍夫化工科技研究所（German Fraunhofer ICT）负责协调国际项目。CONTACT项目的主要目的是进行纳米材料的研究和开发，及其加工工艺、描述方法、模拟工具、和材料在实际应用中的实施。纳米材料的应用领域十分广泛，其中包括风机叶片和电子移动应用领域用的储能材料。 CONTACT项目针对机械和电气性能改进的碳纳米管填充聚合物复合材料的产业供应链的发展为研究目的。项目涉及如何对碳纳米管的合成和分散进行优化，和碳纳米管化合物的处理，以及碳纳米管及其复合材料的模拟和特性描述。新技术将扩大应用范围，并对四个工业应用领域进行案例研究，它们分别是建筑，风机叶片，导电零部件和氧化还原流电池电极。 尽管大多数北美制造商的目光聚焦在单壁碳纳米管（SWCNTs）上，德国和其他欧洲国家，以及亚洲的许多国家（日本和中国分列一二）却领导着多壁碳纳米管的研究和制造。 拜耳材料科学公司（B