超级材料—石墨烯
“超级材料”这个词近来被大量的使用——陶瓷超级材料，气凝胶超级材料，弹性体超级材料。但是有一种超级材料把它们都淹没了，它让它的发现者获得了诺贝尔奖，并为科学的炒作和兴奋定义了上限。它有可能使处理、电力储存、甚至太空 探索 发生革命性的变化，这就是石墨烯材料。那么石墨烯的市场应用主要有哪些方面的呢？
石墨烯是由单层碳原子排列成六边形晶格的一种异形体(形式)。它是碳的许多其他异形体的基本结构元素，如石墨、钻石、碳、碳纳米管和富勒烯。石墨烯有许多不同寻常的性质，它能有效地传导热量和电，它的导电性也非常高，而且几乎是透明的。它不仅具有令人难以置信的物理特性，还被广泛引用为每一重量基础上创造的最坚固的材料。例如，石墨烯在原子小的情况下，可以使处理器中的晶体管更加紧密地封装，并允许许多电子行业向前迈进一大步。
在未来的石墨烯时代，随着批量化生产以及石墨烯技术等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，未来，石墨烯将会在以下领域率先实现商业化应用：
01 基础研究方面的应用
石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使得一些此前只能在理论上进行论证的量子效应可以通过实验经行验证。在二维的石墨烯中，电子的质量仿佛是不存在的，这种性质使石墨烯成为了一种罕见的可用于研究相对论量子力学的凝聚态物质——因为无质量的粒子必须以光速运动，从而必须用相对论量子力学来描述，这为理论物理学家们提供了一个崭新的研究方向：一些原来需要在巨型粒子加速器中进行的试验，可以在小型实验室内用石墨烯进行。
02 传感器方面的应用
石墨烯可以做成化学传感器，这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的，根据部分学者的研究可知，石墨烯化学探测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。石墨烯是电化学生物传感器的理想材料，石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。
03 新能源电池方面的应用
新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。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，这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外，石墨烯超级电池的成功研发，也解决了新能源 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。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。
04 防腐涂料领域的应用
目前国内防腐涂料消费量近180万吨，占世界防腐涂料总消费量的40%以上。我国防腐涂料需求主要集中在船舶、石油化工、桥梁、集装箱等领域。涂料中添加石墨烯后，石墨烯能够形成稳定的导电网格，有效提高锌粉的利用率，同时，石墨烯涂层能在金属表而与活性介质之间形成物理阻隔层，对基底材料起到良好的防护作用。
近年石油化工、铁路交通、新能源、基础设施建设等更是蓬勃发展，为防腐涂料提供了广阔的市场空间。烯旺 科技 致力于对石墨烯涂料进行大规模商业和工业应用，为全球客户提供高效产品和全方位解决方案，打破中国重防腐涂料和核心原料严重依赖进口的局面，为涂料行业工业提供坚实的基础。 作为石墨烯应用的开拓者，石墨烯防腐涂料和功能性涂料成为烯旺 科技 重点发展战略之一。烯旺 科技 整合集团投资的涂料资源，组织顶尖科研人员，率先开发了石墨烯复合陶瓷耐蚀树脂和涂料系列产品以及独特的石墨烯改性锌粉底漆等。
05 医疗 健康 领域的应用
今年3月，南京医科大学和烯旺 科技 共同研发的一项石墨烯无创治疗肿瘤新技术，被美国生物医学顶级期刊《Advanced Therapeutics》(先进医疗) 作为封面论文发表，这种无创、低副作用、低成本的全新治疗策略，或将成为治愈癌症的一大进步，有望成为未来肿瘤治疗的主流方法之一。
在慢性病的治疗上，石墨烯具有巨大的医疗潜力。石墨烯释放的远红外，作用于人体时会引发细胞原子与分子的共振，共振效应可将远红外线的热能传递到人体皮下的较深部分，作用于血管微循环系统，可加速血液循环，强化各组织间的新陈代谢，调理身体，促进慢性病的康复。石墨烯在医疗领域的发展令人惊喜，运用非药物疗法治病，一方面减少损伤，一方面节省费用，不仅让医疗技术变得更加成熟，提高医疗活动的效率和质量，更可以与传统医疗技术形成互补，同时降低医疗成本。借助这样治疗方式，才能不断让优质的医疗资源普惠到更多人群中。
石墨烯 科技 为医学领域带来了重大突破，更为人类 健康 贡献了非凡力量。烯旺 科技 在石墨烯医疗领域的更多应用，让更多科学以及医学专家坚信，在未来数十年内，更多现在无法解决的问题，石墨烯将发挥更大的作用。
总而言之，从现今石墨烯技术的实际应用以及技术水平来看，对石墨烯的很多发展已经有了决定性的进度，其中在防腐涂料及医疗 健康 领域，烯旺 科技 已发展到可以规模商业应用的阶段。我们相信，随着越来越多成熟石墨烯应用的加速落地，石墨烯，将重新定义世界，让我们一起期待世界的改变。
科学认识石墨烯的应用价值及未来前景
石墨烯应用领域中科院近期发布的一份报告指出，石墨烯的研究和产业化发展持续升温，从石墨烯专利领域分布来看，其应用技术研究布局热点包括：石墨烯用作锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等。主要集中在如下四个领域：传感器领域。石墨烯因其独特的二维结构在传感器中有广泛的应用，具有体积小、表面积大、灵敏度高、响应时间快、电子传递快、易于固定蛋白质并保持其活性等特点，能提升传感器的各项性能。主要用于气体、生物小分子、酶和DNA电化学传感器的制作。新加坡南洋理工大学开发出了敏感度是普通传感器1000倍的石墨烯光传感器;美国伦斯勒理工学院研制出性能远超现有商用气体传感器的廉价石墨烯海绵传感器。储能和新型显示领域。石墨烯具有极好的电导性和透光性，作为透明导电电极材料，在触摸屏、液晶显示、储能电池等方面有很好的应用。石墨烯被认为是触摸屏制造中最有潜力替代氧化铟锡的材料，三星、索尼、辉锐、3M、东丽、东芝等龙头企业均在此领域作了重点研发布局。美国德州大学奥斯汀分校研究人员利用KOH对石墨烯进行化学修饰重构形成多孔结构，得到的超级电容的储能密度接近铅酸电池。密歇根理工大学科学家研发出一种独特蜂巢状结构的三维石墨烯电极，光电转换效率达到，且价格低廉，有望取代铂在太阳能电池中的应用。东芝公司研发出石墨烯与银纳米线复合透明电极，并实现了大面积化。半导体材料领域。石墨烯被认为是替代硅的理想材料，大量有实力的企业均开展了石墨烯半导体器件的研发。韩国成均馆大学开发出了高稳定性n型石墨烯半导体，可以长时间暴露在空气中使用。美国哥伦比亚大学研发出石墨烯-硅光电混合芯片，在光互连和低功率光子集成电路领域具有广泛的应用前景。IBM的研究人员开发出了石墨烯场效应晶体管，其截止频率可达100GHz，频率性能远超相同栅极长度的最先进硅晶体管的截止频率。生物医学领域。石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面的应用广阔。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA和蛋白质检测。如美国宾夕法尼亚大学开发的石墨烯纳米孔设备可以快速完成DNA测序。石墨烯量子点应用于生物成像中，与荧光体相比具有荧光更稳定、不会出现光漂白和不易光衰等特点。石墨烯在生物医学领域的应用研究虽处于起步阶段，但却是产业化前景最为广阔的应用领域之一。
随着国家一系列石墨烯产业政策的落地，石墨烯产业将由高科技研发逐步转入应用推广，石墨烯产业化发展进入提速阶段。我国天然石墨资源储量丰富，长期位居全球首位，产量也长期稳居世界第一，此外，我国还是全球最大的天然石墨消费国。然而，多年来我国低价大量出口石墨初级产品、同时又大量高价进口高附加值石墨产品的进出口“倒挂”现象，却让石墨产业一直备受诟病。若要改变彻底改变这种现状，我国石墨产业的发展必须要瞄准前沿领域，弯道超速，方能后来居上。
主要上市公司：贝特瑞(835185);方大炭素(600516);银基烯碳(400070);碳元科技(603133);沃特新材料(002886);常州二维碳素(833608)
本文核心数据：石墨烯行业企业营收额;石墨烯行业区域企业数量;石墨烯行业企业产能
行业概况
1、定义
石墨烯，是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。应用于物理、材料、电子信息、计算机等众多领域，具有较好的额导热性、光学特性和稳定性。石墨烯虽然从合成和证实存在到今天只有短短十几年的时间，但目前已经得到了较为广泛的应用。石墨烯层数可分为单层石墨层、少层石墨烯和多层石墨烯;按照功能化形式可以分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等;按照产品形态又可分为石墨烯粉体和石墨烯薄膜。
2、产业链剖析：下游应用较为广泛
石墨烯产业链的上游为石墨矿资源及生产设备;中游为石墨烯薄膜和石墨烯粉体制造;下游主要的应用以新能源、涂料、大健康、节能环保、化工新材料、电子信息等六大产业。
目前，我国石墨烯产业链的上游石墨烯矿产及设备公司有方大炭素、思泉新材和宝泰隆等;中游石墨烯粉体和薄膜的生产公司有常州二维碳素、第六元素和中泰化学等;下游应用领域众多，目前较为广泛的新能源领域的代表企业有贝特瑞新材料、东方碳素、南都电池和欣旺达等;涂料领域的代表性企业有墨睿科技和深创时代等;大健康领域代表性公司有烯旺科技和圣泉集团等;节能环保领域的代表性企业有正拓能源和驰飞等;化工新材料的代表性企业有新纶科技和华高烯暖等;电子信息领域的代表性企业包括远望谷和汉威电子等。
行业发展历程：行业处在突飞猛进阶段
石墨烯的理论研究始于1947年，迄今已有70余年的历史。但真正能够独立存在的二维石墨烯晶体则是出现在2004年，英国曼彻斯特大学天文物理学教授Andre K. Geim领导的研究小组利用微机械剥离方法首次获得了石墨烯，标志着这一新型材料的问世。中国国家自然科学基从2007年开始对石墨烯项目投资，促进了我国石墨烯产业的发展。2013年以来，石墨烯先后被列入“十二五”“十三五”规划中，政策的推动促使了我国一大批石墨烯企业的诞生，石墨烯生产开始走向批量化、规模化。2017年至今，石墨烯已经在锂电池、太阳能、散热材料、电缆LED等行业有了较为广泛的应用。
行业政策背景：“十四五”规划愈发重视石墨烯行业的发展
相比于国外政府较早进行政策扶持，我国直到2012年才由工信部发布《新材料产业“十二五”发展规划》，首次明确提出支持石墨烯新材料的发展。之后，我国先后出台《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》《国家创新驱动发展战略纲要》《新材料产业发展指南》《“十三五”材料领域科技创新专项规划》等文件，确立石墨烯在新时代我国制造业发展中的重要战略地位，鼓励在电化学储能、海洋工程、柔性电子器件、重大环保技术装备、汽车、航天航空行业等领域拓展石墨烯应用。2021年，国家发改委发布了《国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要》，提出大力支持发展新材料产业的重点任务。
行业发展现状
目前，石墨烯产品主要为石墨烯粉体和石墨烯薄膜。石墨烯粉体主要应用于防腐涂料、锂电池、超级电容、导热塑料、消费电子散热片等行业;石墨烯薄膜主要在导热膜、柔性显示、传感器、集成电器等行业有较为广泛的应用。
1、供给：石墨烯粉体和石墨烯薄膜已经实现大规模量产
目前中国大部分石墨烯行业代表性企业均已建立石墨烯产品生产线，其中，在明确公布产量数据的企业中，第六元素、凯纳股份、青岛昊鑫及先丰纳米的石墨烯相关产品产能均达到了千吨级别。此外，根据2021年11月12日举办的2021(第八届)中国国际石墨烯创新大会公布的数据，目前中国已成为石墨烯材料生产大国，石墨烯粉体产能达万吨，石墨烯薄膜产能740万平米。
注：上述数据均来源于企业官网，部分企业官网数据未做更新。
2、需求：石墨烯需求不断增加，市场规模达百亿以上
2015年到2018年，我国石墨烯产业处于高速发展期。据中国经济信息社数据统计，2015年石墨烯市场规模仅为6亿元，2018年我国石墨烯产业规模约为111亿元，复合增长率高达117%。在高速发展后，从2019年开始石墨烯行业进入快速平稳发展期，增速有所降低，根据赛迪智库发布的《2020年中国石墨烯产业发展形势展望》估算，2019年中国石墨烯规模将达到120亿元;根据石墨烯联盟公布的数据，2020年国内石墨烯相关领域市场规模达140亿元。初步估测2021年中国石墨烯市场规模或达到157亿元。
3、专利情况：2020年石墨烯相关专利申请热度最高
根据智慧芽搜索结果，2015-2022年9月，我国石墨烯相关专利申请数量先增后降，2020年相关专利申请数量达到峰值33390项，2021年相关专利申请数量下降至30165项。此外，截至2022年9月的石墨烯相关专利中，发明申请类型的专利占比最多，达到了57%，其次为授权发明，占比为27%。
注：查询时间为2022年9月26日。
4、发展痛点：关键技术制约下游应用拓展
由于石墨烯从发现至今仅经历10余年时间，其发展仍处于较新的阶段，尽管石墨烯在规模化生产技术和 工艺装备等方面均取得重大进展，但其低成本规模化制备技术、下游应用技术、绿色制备技术等方面仍存在技术瓶颈，且产品普遍存在尺寸和层数不均匀、质量不稳定等问题，材料的各项性能指标远不及实验室水平，难以满足大规模工业化量产的需求，制约了石墨烯在下游应用领域的拓展。
更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国石墨烯行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。
未来发展是很有前途的，集多种优良性能于一身，应用潜力很大，是引领高科技的超级材料；突破石墨烯的技术研发，加快石墨烯的产业进程。
石墨烯在中国的研究与发展：
中国在石墨烯研究上具有独特的优势，从生产角度看，作为石墨烯生产原料的石墨，在我国储能丰富，价格低廉。正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。
如欧盟委员会将石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划，拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石墨烯研究所，力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。
石墨烯有望在诸多应用领域中成为新一代器件，为了探寻石墨烯更广阔的应用领域，还需继续寻求更为优异的石墨烯制备工艺，使其得到更好的应用。
石墨烯用途是：
石墨烯可以用来制作晶体管，由于石墨烯结构的高度稳定性，这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。
相比之下，如今以硅为材料的晶体管在10纳米左右的尺度上就会失去稳定性；石墨烯中电子对外场的反应速度超快这一特点，又使得由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率。
石墨烯（Graphene）是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先实现商业化应用的领域可能会是移动设备、航空航天、新能源电池领域。基础研究石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使得一些此前只能在理论上进行论证的量子效应可以通过实验经行验证。在二维的石墨烯中，电子的质量仿佛是不存在的，这种性质使石墨烯成为了一种罕见的可用于研究相对论量子力学的凝聚态物质——因为无质量的粒子必须以光速运动，从而必须用相对论量子力学来描述，这为理论物理学家们提供了一个崭新的研究方向：一些原来需要在巨型粒子加速器中进行的试验，可以在小型实验室内用石墨烯进行。零能隙的半导体主要是单层石墨烯，这种电子结构会严重影响到气体分子在其表面上的作用。单层石墨烯较体相石墨表面反应活性增强的功能是由石墨烯的氢化反应和氧化反应结果显示出来的，说明石墨烯的电子结构可以调变其表面的活性。另外，石墨烯的电子结构可以通过气体分子吸附的诱导而发生相应的变化，其不但对载流子的浓度进行改变，同时可以掺杂不同的石墨烯。传感器石墨烯可以做成化学传感器，这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的，根据部分学者的研究可知，石墨烯化学探测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。石墨烯是电化学生物传感器的理想材料，石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。红外光束激发等离子体石墨烯传感器示意图晶体管石墨烯可以用来制作晶体管，由于石墨烯结构的高度稳定性，这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。相比之下，目前以硅为材料的晶体管在10纳米左右的尺度上就会失去稳定性；石墨烯中电子对外场的反应速度超快这一特点，又使得由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率。例如IBM公司在2010年2月就已宣布将石墨烯晶体管的工作频率提高到了100GHz，超过同等尺度的硅晶体管。
随着现代信息技术的发展，计算机在我们的日常生活中扮演了越来越重要的作用，未来人们对计算机的依赖会越来越强。下面是我为大家整理的关于计算机发展及未来的论文，希望能对大家有所帮助!
摘要：随着经济的发展，科技的进步，计算机作为一门新兴的科学技术在人类文明前进的过程发挥越来越重要的作用，计算机专业培养和造就适应社会主义现代化建设需要，德智体全面发展、基础扎实、知识面宽、能力强、素质高具有创新精神，系统掌握计算机硬件、软件的基本理论与应用基本技能，具有较强的实践能力，能在企事业单位、政府机关、行政管理部门从事计算机技术研究和应用，硬件、软件和 网络技术 的开发，计算机管理和维护的应用型专门技术人才。本专业学生主要学习计算机科学与技术方面的基本理论和基本知识，接受从事研究与应用计算机的基本训练，具有研究和开发计算机系统的基本能力。本科 毕业 生应获得以下几方面的知识和能力：1.掌握计算机科学技术的基本理论、基本知识;2.掌握计算机系统的分析和设计的基本 方法 ;3.具有研究开发计算机软、硬件的基本能力;4.了解与计算机有关的法规;5.了解计算机科学与技术的发展动态。
关键词：创新;技术人才;计算机系统;发展动态
一、计算机技术的现状
计算机技术专业在诸多方面就业前景都比较好，例如：(1)网络工程方向就业前景良好，学生毕业后可以到国内外大型电信服务商、大型通信设备制造企业进行技术开发工作，也可以到其他企事业单位从事网络工程领域的设计、维护、 教育 培训等工作。(2)软件工程方向 就业前景十分广阔，学生毕业后可以到国内外众多软件企业、国家机关以及各个大、中型企、事业单位的信息技术部门、教育部门等单位从事软件工程领域的技术开发、教学、科研及管理等工作。也可以继续攻读计算机科学与技术类专业研究生和软件工程硕士。(3)通信方向学生毕业后可到信息产业、财政、金融、邮电、交通、国防、大专院校和科研机构从事通信技术和电子技术的科研、教学和工程技术工作。(4)网络与信息安全方向宽口径专业，主干学科为信息安全和网络工程。学生毕业后可为政府、国防、军队、电信、电力、金融、铁路等部门的计算机网络系统和信息安全领域进行管理和服务的高级专业工程技术人才。并可继续攻读信息安全、通信、信息处理、计算机软件和其他相关学科的硕士学位。
二、计算机技术的需求分析
全国计算机应用专业人才的需求每年将增加100万人左右 按照人事部的有关统计，中国今后几年内急需人才主要有以下 8大类：以电子技术、生物工程、航天技术、海洋利用、新能源新材料为代表的高新技术人才;信息技术人才;机电一体化专业技术人才;农业科技人才;环境保护技术人才;生物工程研究与开发人才;国际贸易人才;律师人才。教育部、信息产业部、国防科工委、交通部、卫生部曾联合调查的专业领域人才需求状况表明，随着中国软件业规模不断扩大，软件人才结构性矛盾日益显得突出，人才结构呈两头小、中间大的橄榄型，不仅缺乏高层次的系统分析员、项目总设计师，也缺少大量从事基础性开发的人员。按照合理的人才结构比例进行测算，到2005年，中国需要软件高级人才6万人、中级人才28万人、初级人才46万人，再加上企业、社区、机关、学校等领域，初步测算，全国计算机应用专业人才的需求每年将增加100万人左右。而且数控人才需求也在逐年增加 蓝领层数控技术人才是指承担数控机床具 体操 作的技术工人，在企业数控技术岗位中占，是目前需求量最大的数控技术工人;而承担数控编程的工艺人员和数控机床维护、维修人员在企业数控技术岗位中占25%，其中数控编程技术工艺人员占，数控机床维护维修人员占，随着企业进口大量的设备，数控人才需求将明显增加。不仅如此，近年来电信业人才需求也在持续增长 电信企业对于通信技术人才的需求，尤其是对通信工程、计算机科学与技术、信息工程、电子信息工程等专业毕业生的需求持续增长。随着电信市场的竞争由国内竞争向国际竞争发展并日趋激烈，对人才层次的要求也不断升级，即由本科、专科生向硕士生和博士生发展。 市场营销 人才也是电信业的需求亮点。随着电信市场由过去的卖方市场转变为买方市场，电信企业开始大举充实营销队伍，既懂技术又懂市场营销的人才将会十分抢手。由于经济的快速发展软件人才的作用也越来越大，教育部门的统计资料和各地的人才招聘会都传出这样的信息计算机、微电子、通讯等电子信息专业人才需求巨大，毕业生供不应求。从总体上看，电子信息类毕业生的就业行情十分看好，10年内将持续走俏。网络人才逐渐吃香，其中最走俏的是下列3类人才：软件工程师、游戏设计师、网络安全师。
三、计算机技术的发展趋势
近年来，计算机技术飞速发展，短期内社会需求仍然很大，计算机专业毕业生的就业市场前景广阔。从全球IT行业的发展看，经过几年的低迷发展，IT行业已经走出低谷、大有东山再起之势，IT行业在国民经济发展中日益显现出蓬勃生机。从中国情况看，从事计算机软件开发的人才远远低于发达国家。美国从事计算机软件开发的人才达到 180多万，印度达到90万，而中国从事计算机软件开发的人才不足40万。这就说明，中国计算机软件人才短缺，这将严重束缚中国IT行业的发展，特别是直接影响到中国经济的发展和社会的进步。与此同时，由于中国经济社会发展的不平衡，导致中国东部与西部之间，城乡之间出现很大的差距，特别是中国经济发展比较落后的地区，急需计算机方面的专业人才。因此，随着中国经济的不断发展，社会在一定时间内对计算机专业人才的需求仍将很大。另一方面，随着计算机专业毕业生的增多，就业竞争将更为激烈。有关资料显示，截止2003年，中国普通高校总数为1683所，本科学校679所，其中505所开设有“计算机科学与技术”专业，是全国专业点数之首;2003年，计算机专业在校学生人数27万，占理工科在校生总数的，加上信息技术相关专业的在校生达到63万人。也就是说，信息技术和计算机专业的学生数量占全国所有理工科学生总数的1/3。这样势必导致计算机学科专业毕业生的就业竞争将更加激烈。截至2005年底，全国电子信息产品制造业平均就业人数 万人，其中工人约占6 0%，工程技术人员和管理人员比例较低，远不能满足电子信息产业发展的需要。软件业人才供需矛盾尤为突出。2002年，全国软件产业从业人员万人，其中软件研发人员为万人，占。而当前电子信息产业发达国家技术人员的平均比例都在30%以上。中国电子信息产业技术人员总量稍显不足， 因此中国电子信息产业可以作为计算机技术专业人才发展一个方向。
参考文献：
[1]：June jamrich Parsons，Dan Oja.计算机 文化 .北京：机械工业出版社，2001
[2]：山东省教育厅组编.计算机文化基础.东营：中国石油大学出版社，2006
[摘 要]计算机应用技术不仅是自身的飞速发展，而且已贯穿到许多其他学科，现在的各个科学领域的发展都得益于计算机技术的应用。随着微型计算机的发展和迅速普及，计算机的应用已渗透到国民经济各个部门及社会生活的各个方面。现代计算机除了传统的应用外，还应用于办公自动化、人工智能、电子商务、现代化教学等各领域。
[关键词]计算机应用技术;信息化发展;发展规划
一、计算机应用技术的现状
计算机教育从小学阶段就已经开始了，不论是城市还是乡村，计算机让人们在最短时间内了解到了资讯信息，与整个世界接轨，让世界发展成为一个大通讯集体。电子产品愈发普遍，销售压力也随之而来，打折促销不可避免，计算机更是其中的代表。更新换代频繁，种类品牌繁多，是热门的电子消费品，由于国家家电下乡政策的实施，也很大程度上促进了电子产品的消费。其中最重要的原因，是因为社会在进步，人们的生活水品也有所提高，基于计算机的设施也越来越健全，种种原因累积致使计算机目前在每个家庭中成为了重要的电子产品。
目前，计算机应用技术在各个领域都得到了广泛的应用。比如电子产品的普遍创新，计算机教育走进了从城市到乡村的各个群体生活中，商业企业用户能够在最短的时间内通过互联网与世界接轨获得资讯信息，我们用计算机进行各种各样的娱乐活动。比如上网聊天，打游戏，查资料，听音乐看电影等等。我们还用计算机进行数据的储存，监视监控，开发软件与实验室创新处理等。计算机应用技术使我们的生活真正开始与数字化接轨，与信息化接轨，让我们体验到了人工智能带给我们的便捷与方便。从教育角度来看，目前，各大城市的孩子从小学开始就从事计算机教育的学习。孩子们从小就通过学习计算机提高自身的思维活动与判断能力。所以说，计算机技术已将我们领进到一个自动化的年代。计算机技术的发展还需要我们不断的探索与研究。
二、计算机应用在社会中的作用
1、增加了社会的交往。在我国计算机技术应用不广泛的时代，书信是人们联系和沟通的最主要方式，这种信息传递的方式是要受到时间和空间限制的，时间过长就会导致信息失效，而空间的不断变化也会导致信息的遗失，种种因素都给人们的生活带来了不便。而有了计算机应用技术后，这样的问题就得到了极大的改善，人们只需要用几秒钟的时间就可以将自己想表达的信息通过网络传达出去，大大增加了社会的交往。随着计算机应用技术的快速发展，也大大的促进人们工作和生活的便利性，人们在工作时利用计算机应用技术，可以召开网络会议，既节省了时间也节省了资源。而人们在学习时利用计算机应用技术，可以通过电脑进行远程教学，通过网络学习到更多对自己有帮助的知识，也不用受到时间和空间等因素的限制了。
2、促进社会的信息化发展。我国的计算机应用技术与西方发达国家相比，发展得还不够完善，所以在促进社会的发展上所起的作用还不那么明显。但是随着计算机应用越来越广泛的被应用，繁复的数据和信息可以储存到电脑中了，数据信息可以资源共享使用了，这也为社会的信息化发展提供了基本条件。
3、计算机应用技术不仅是自身在飞速发展，而且已贯穿到许多其他学科，现在的各个科学领域的发展都得益于计算机技术的应用。随着微型计算机的发展和迅速普及，计算机的应用已渗透到国民经济各个部门及社会生活的各个方面。现代计算机除了传统的应用外，还应用于办公自动化、人工智能、电子商务、现代化教学等各领域。
三、计算机应用的发展趋势
1、微型化。现阶段，微型化的计算机已经进入到家用电器以及仪表仪器等小型设备中了，另外由于它还是工业控制过程中的最核心部件，它也使这些小型设备真正的实现智能化了。随着微电子技术的更快速发展，掌上型和 笔记本 型等微型计算机具有更高的性价比，因此将受到更大的欢迎。
2、智能化。智能化的计算机应用系统是计算机发展的又一个重要的趋势，它是建立在现代的基础科学之上的，新一代的智能化的计算机不但能够很好的模拟人的思维逻辑过程和人的感官行为，同时它还能进行人们常做的“听”、“说”、“读”、“写”、“想”等行为过程，具有学习能力、推理能力以及逻辑判断的能力。
3、巨型化。这里的巨型化的计算机与微型化计算机并不矛盾，巨型化主要是指计算机的运算速度更快、运算精度更准，同时它具备功能性更强以及储备容量更大的特点。现阶段，我国正在研究巨型化的计算机应用系统，它的运算速度能够达到每秒几百亿次。
通过以上论述，我们对计算机应用技术的概述、计算机应用的发展现状以及计算机应用的发展趋势三个方面的内容进行了详细的分析和探讨。计算机应用系统在人们的工作和生活中所发挥的作用已经越来越明显了，它不但促进人们的生活学习和加快了很多企业的发展速度，也大大的加快了我国社会的信息化发展进程，在现代社会的发展中计算机的应用程度必将越来越普及。随着我国科学技术水平的不断发展，计算机应用系统也将会有更加广阔的发展空间，加快我国各个行业和领域的发展速度，对我国的经济建设也会有更大的促进作用。
四、计算机应用发展预测及展望
进入21世纪，对着经济、社会的不断发展，信息化技术取得不断进步，而计算机应用也呈跨跃式发展，我国的信息化技术远落后于发达国家和一些发展中国家，因此，电子商务要分阶段赶上发达国家，逐步稳定的促进电子商务。预计到2030年，中国的经济和社会信息化达到中等发达国家水平，而我国沿海地区也与发达国家同步。当前是我国信息化建设高速发展的时期，而我国的计算机应用也将进入更高水平，进入新阶段，经济与社会信息化也会实现跨跃式发展。
1、互联网及其应用继续快速发展，计算机应用网络化水平有显著提高。我国计算机装机台数从90年的50万台到2010的亿台，互联网技术不断推广，用户量达2亿，因此，我国的计算机网络设施将逐步完善，带宽与速度也将呈显著提高趋势。
2、政府信息化、电子政务显著提高。随着金字系列重点应用工程的基本完成，我国的政府信息化与电子政务有很大改善，实现政府网上办公，资源共享，全民监督，为我国广大人民群众提供信息服务。
3、各类电子商务逐步发展，各类电子商务，包括B2B(BusinessToBusiness)，B2G(BootToGecko)，B2C(Business-to-Customer)等，在国民经济、工业、农业、交通运输业、证券业等全面展开，还包括电子商务在网络营销方面的应用和网上支付方面都将逐步发展和完善。
结束语：计算机技术在人们的工作和生活中所发挥的作用已经越来越明显，它大大加快了我国社会信息化的发展，其应用频率也会越来越普遍。由此可见，计算机的发展趋势具有很广远的前景，计算机应用系统也将会得到更大的发展空间。计算机与网络遍布世界的各个角落将不再是梦想，社会信息化智能化也不再是梦想。因此，不断地进行计算机技术的探究与发展是我国在未来科技经济建设中必须注重的。
参考文献
[1] 期刊论文 论计算机应用技术的发展趋势-科技与企业-2014(2).
[2] 期刊论文 当代计算机应用发展探讨-科技创新与应用-2013(26).
[3] 马忠锋;;计算机应用的现状与计算机的发展趋势[J];黑龙江科技信息;2011年07期.
[4] 刘清;;浅谈我国计算机的应用现状及发展趋势[J];计算机光盘软件与应用;2012年09期.
[5] 侯晓璐;;浅析计算机应用的发展现状和趋势[J];科技创新与应用;2012年27期.
膨胀石墨的应用现状一 密封行业作密封材料2O世纪60年代后期，美国联碳公司用膨胀石墨制成密封材料，从而诞生了第二代密封材料。1971年美国洛克惠尔阀门工程设计中心为解决原子能阀门泄漏问题，对美国九家公司生产的l6种不同类型的密封填料在64个试验点进行对比试验，结果表明，膨胀石墨密封效果最佳。从此，美、日、法、德等发达国家进一步深入研究，促进了膨胀石墨密封材料的迅速发展，成为世界上一种新型高效节能密封材料。我国于1978年开始研制膨胀石墨及其制品，近几年发展速度也很快。由于具有质地柔软，压缩性和回弹性强等特点，因而作为密封材料在我国很快得到推广和应用，可以代替石棉、橡胶、聚四氟乙烯、金属等传统密封材料，能较理想地解决设备的跑冒滴漏问题，对于提高三大效益，尤其是环境效益，作用也越来越大。二 电池材料1 在普通的锌锰电池(干电池)中的应用普通的锌锰电池的电芯，目前使用的大多为本世纪德国、美国等使用的乙炔黑，其生产工序多、要求严、价格较昂贵、且导电性不够理想。利用高纯膨胀石墨代替乙炔黑作电极，其开路电压、短路电流、负荷电压均高于乙炔黑生产的电池，同时也改善了生产条件，降低了生产成本。2 在无汞高能电池中的应用膨胀石墨可以用在无汞高能电池—— 碱性氧化银高能电池中，此种电池的阴极材料是Ago或Ag O，但无论是Ago或Ag20均是弱导电性物质，用它作为阴极时必须加入适量的导电介质才可能使阴极具有适宜的导电特性。目前普遍使用的是在氧化银阴极材料中加入5％ 一15％ 的土状石墨作为导电介质。如果改用膨胀石墨，则与土状石墨相比，用量少导电性强且制成的电池具有更高的脉冲特性，电压可提高15％ 一30％，其根本原因在于含膨胀石墨的氧化银阴极的层状结构中的内联键使石墨颗粒之间相互联系并遍布整个阴极，而含土状石墨的氧化银阴极中则无此层状结构。三 环保领域用作吸附材料1 在吸附重油等油类物质方面膨胀石墨可作为新型的吸附剂，其内部有许多网状的孔，表面积大，对于重油等石油产品有较强的吸附能力，其吸附量明显高于活性炭。有报道称，1g膨胀石墨可吸附80g以上的重油。1997年，日本福冈近海油轮泄漏，试用膨胀石墨取得了很好的效果。活性炭以中小孔为主而膨胀石墨以大孔为主，而重油的分子属于有机大分子，很难进入活性炭的中小孔中，同时由于重油的黏度较大在活性炭中很难扩散。相反膨胀石墨以中大孔为主，且大多呈连通状态，片层间的网络连通会更好。因此，重油分子很易进入并很快在其网络体系中进行扩散直至充满连通的内部孔。另外，膨胀石墨蠕虫与蠕虫之间相互齿合，形成的表面孔也较多，有利于大分子物质的吸附，表现出较大的吸附量，由此可解决油类、有机非极性物质等污染水造成的环境糟染问题，而这类问题正涉及江、海、湖泊及用水源的除污净化，是急待解决的问题。2 在对SO 等有害气体的吸收方面膨胀石墨对s0 气体也有明显的吸附作用，且高温状态的吸附效果更加显著。低温时(室温)，膨胀石墨对s0 的吸附以物理吸附为主，此时靠石墨表面与s0：之间的范德华力作用产生吸附，吸附量随时间成光滑曲线增加并趋于饱和吸附值，高温(500~C)时吸附原因是石墨丌电子能量增加，化学吸附作用大为增加，所以高温时的吸附作用以化学吸附为主且吸附量较低温时大为增加，s0 是煤燃烧烟道气的主要成分，以膨胀石墨吸附SO：对解决日益严重的大气污染问题具有重要意义。4 在医药领域作敷料替代医用纱布膨胀石墨由于对有机、生物大分子的吸附特性，在生物医学材料上，清华大学等应用膨胀石墨制作医用敷料替代医用纱布，经过大量动物实验及一百多例临床实验，证明比传统纱布，具有吸附性强、创面引流完全、无刺激、不染黑、不吸收、不影响伤171愈合的特点，且有明显的抗感染、抑菌、消炎作用。目前这一科研成果已取得发明专利权，作为传统纱布的替代物具有一定优势。目前正在进一步深入的开展产业化研究和全面的临床实验。5 在其他方面的应用(1)钢铁工业：不同膨胀倍率的可膨胀石墨，是炼钢厂配制各种不同型号防氧保温发热剂的主要原料之一，对降低钢坯缩孑L切头率，提高钢锭的成材率有较显著的经济效果。(2)隔热隔音材料：可膨胀石墨膨胀容积大，可达350mL／g，并且化学性质稳定，氧化温度高，安全性好，是理想的隔热(保温)、隔音材料。(3)防火安全材料：利用可膨胀石墨遇温膨胀的特性。国外已于机舱座椅的夹层中添加部分可膨胀石墨，或将其制成防火密封条、防火包，可塑型防火堵料、阻火圈等。(4)屏蔽材料：膨胀石墨粉碎成微粉，对红外波有很好的散射吸收特性，是很好的红外屏蔽(隐身)材料，在现代战争的光电对抗中有重要作用，目前被广泛应用于国防科技中。(5)新型石墨发热材料：膨胀石墨板材具有良好的导电和导热性能、电热转换率在97％ 以上，在换热方式一定条件下，发热体表面温度恒定，在控制温度范围内可随意设定不再升温。另外，利用其可产生远红外光谱的特性，在医疗保健方面也有应用，已成功的例子是某公司研制的保健床、保健枕等，用以治疗颈椎病、肩周炎、腰痛、软组织损伤、腰肌劳损等，总有效率达90％ 以上。(6)催化材料：用于原子反应堆作催化剂。(7)在涂料上的应用：膨胀石墨的细颗粒加入到普通涂料中，可制得效果更好的阻燃防静电涂料。
康飞宇 邹麟 沈万慈 郑永平 盖国胜 任慧 顾家琳
（清华大学，材料科学与工程系，新型炭材料研究室，北京 100084）
摘要 石墨的碳原子层面间以范德华力结合，容易被外力打开而插入其他分子、原子，从而形成石墨层间化合物（GICs）。课题组通过控制GICs改性的氧化/插层过程，发明了优质低硫可膨胀石墨，膨胀容积大于160 mL/g，残硫量低于800×10-6；发明了MClx-GICs（M为过渡族金属）微粉用于电磁波吸收屏蔽材料，红外、激光完全遮蔽达15 min以上；通过控制插层/脱插过程，制备了高温膨胀石墨用于吸油材料，吸附重油量大于80 g/g，清理污水效果远优于活性炭；发明了低温脱插微膨石墨用于锂离子电池负极材料，可逆容量达370 mA·h/g，循环性能良好［1～20］。
关键词 石墨层间化合物；膨胀石墨；过程控制。
第一作者简介：康飞宇，男，工学博士，教授，主要从事天然石墨的深加工技术和多孔炭材料的研究。E-mail：。
一、引言
天然鳞片石墨具有优异的理化特性，在各个高技术领域、工业领域均有着广泛的应用前景。但天然鳞片石墨为片状的粉料，其形态、结构及性能难以满足不同科技领域的要求。本研究利用石墨层间化合物技术，将鳞片石墨原料改性为功能性石墨材料，控制氧化/插层及插层/脱插过程，获得优质的可膨胀石墨材料、多孔石墨材料、柔性石墨双极板材料、锂离子电池负极材料、电磁波吸收材料等。
石墨是典型的层状结构，由六角网状结构的碳原子平面叠合而成，在网状平面上，碳原子间为共价键和金属性大π键结合，为强键合，原子间距仅为，而碳原子平面间为范德华力的弱键合，层间距达，这种结构决定了石墨层间可以插入异类原子、分子、离子而形成各类石墨层间化合物（Graphite Intercalation Coumpounds，简称GICs）。GICs中应用最多的是受主型GICs，即插入物接受碳原子层的电子。GICs是非化学计量化合物，并且碳原子层及插入层物质保留着各自的结构，因此可以认为是一种纳米级的复合材料。由于层间的电子交换，GICs出现许多特殊的理化特性，如高导电性、催化性、选择吸附性等。因此GICs处理可提供石墨改性的多重可能性。本文阐述利用GICs技术处理中控制氧化/插层过程制备优质可膨胀石墨和电磁波吸收（隐身）材料；利用GICs的插层/脱插过程控制制备多孔石墨及锂离子电池负极材料。
二、石墨层间化合物改性技术
（一） H2O2-H2SO4共插层技术：合成低硫可膨胀石墨
受主型GICs的形成是一个氧化-插层过程，首先是［O］（及其他氧化性物质）与石墨层的π电子作用，发生氧化，使层间距加大，引导插入剂进入石墨层间，实现插层。氧化过程是受主型GICs形成的一个控制环节，当插层剂本身氧化性不够时，插层反应十分缓慢甚至不能进行，此时为了保证GICs的形成，就要依靠附加的化学氧化剂或电化学阳极氧化来实现插层反应。
GICs材料目前在工业上应用量最大的是可膨胀石墨，它是制备柔性石墨及多孔石墨的主要原料。可膨胀石墨是以GICs的插层剂在高温快速加热时气化，使石墨GICs中产生巨大内压从而使石墨颗粒层间胀开，在C轴方向膨胀几十至几百倍而得到的产品。绝大多数GICs都具有可膨胀性，但综合考虑，采用硫酸插层的H2SO4-GICs用作可膨胀石墨最经济，所以工程上也称酸化石墨。
硫酸插层的可膨胀石墨的重要质量指标之一是其残硫含量，硫是有害元素，会影响到柔性石墨等后续产品的质量。决定残硫含量的是硫酸氧化-插层过程及插入量。普通可膨胀石墨900～1000℃膨胀后，残硫含量1300×10-6～2000×10-6。技术关键是降硫。根据GICs理论，一是利用氧化剂的共插层作用，减少H2SO4的插入，二是设计降低挥发分即残留插层的H2SO4量的方法来降硫。实际上氧化剂本身也是一种插层剂，与H2SO4是共同插入的关系，氧化性越强，共插入过程越强。氧化剂的强弱可由氧化剂的标准电极电位进行判定，如表1所示。
表1 不同氧化剂的标准电极电位
由表1可见，纯过氧化氢H2O2是强氧化剂。采用H2O2-H2SO4的插层系统，还可避免其他氧化剂系统对石墨及环境造成的氮氧化物、金属离子残留引起的二次污染。
这就需要加大氧化强度，提高H2O2的加入量。但是H2O2与H2SO4混合的强烈放热效应使H2O2部分分解，大于10%的加入量很难实现。
图1为挥发分（主要是残留H2SO4）与膨胀倍率、残硫量的关系图。普通膨胀石墨挥发分为10%～15%，如果控制在5%～10%之间，残硫就可降到800×10-6以下，膨胀容积大于160 mL/g。降低挥发分的关键是H2O2共插入，这样可以减少H2SO4的插入量。
图1 膨胀石墨挥发分与膨胀容积（1）、残硫量（2）的关系示意图
本研究根据GICs理论，利用氧化和插入的相互关系，设计出控温混合方法和装置，加大氧化强度，在H2O2-H2SO4体系中加入过量的双氧水，防止了H2SO4分解，成功地实现超量H2O2与H2SO4的均匀混合，使H2O2与H2SO4共插入，从而制备出合格的低硫优质可膨胀石墨，这一技术国内外尚未见报道。
在研究制备优质可膨胀石墨的过程中，还发明了电化学阳极氧化方法控制氧化/插入过程。电化学法不用氧化剂，而是将石墨置于电化学反应室阳极侧，利用阳极氧化作用促使H2SO4的插层反应。其优点在于通电即反应，断电即反应终止。可以用通断电及反应电压、电流、电量来控制氧化/插层过程，从而控制插入量，获得优质可膨胀石墨。而且应用电化学阳极氧化法还可以使用化学法无法插层的有机酸等插层剂，从而制备核能所需的超低硫、无硫可膨胀石墨。电化学阳极氧化法，国外有过报道，但因电化学反应的不均匀，没有工业应用。本研究的发明解决了关键技术，设计并制造了均匀电场的电化学反应器，实现了工业化生产（此项技术曾获1993年国家发明三等奖）。
（二） GICs的氧化-插层过程控制技术：合成石墨基电磁波吸收材料
本研究利用控制GICs的氧化-插层过程的技术，还开发了用作电磁波吸收（隐身）材料的MClx-GICs及复合膨胀石墨。根据测试结果，制备的GICs对红外波的质量消光系数比常用烟幕剂的质量消光系数大4倍至40倍。制备的复合膨胀石墨对雷达波的衰减远大于常规干扰剂。不同阶数氯化物GICs及不同比例混合氯化物GICs的制备正是利用本项目的氧化/插层过程控制技术实现的，以筛选最优消光性能的GICs。复合膨胀石墨的制备则是应用下述项目的插层/脱插过程控制技术，根据基本方程，引入火药的爆炸温度与时间参量进行动力学计算，得到膨胀效果参照选择与雷达波耦合的可膨胀石墨。应用这些技术，设计并制造了对红外、激光、雷达波均有优良屏蔽效果的宽波段光电干扰弹的原理弹。实弹发射的动态试验中，红外、激光、雷达波遮蔽效果显著，其中对红外、激光完全屏蔽达15 min以上（图4）。此项技术已经获得发明专利《一种用于电磁屏蔽的石墨基复合材料的制备方法》（专利号CN021241392）。
图2 常规干扰剂（a）、（b）和复合膨胀石墨（c）、（d）对8mm雷达波的衰减曲线
图3 光电干扰弹动态试验曲线
（三） GICs的插层-脱插过程控制技术：膨胀石墨制备及其吸油特性
用GICs处理改性石墨的应用，一类是直接应用获得的GICs，制成前述的红外消光材料 MCl2-GICs微粉；另一类是将GICs脱插后得到的纯石墨，即将GICs处理作为中间过程对石墨进行改性，通过插层-脱插过程的控制制成柔性石墨、多孔石墨、脱插GICs石墨锂离子电池负极材料等。
GICs的脱插，即插入的异类物质从碳原子平面层间逸出，通常在真空及大气环境下，插入物以气态脱出。在理论上，应用第一性原理及Real程序计算GICs的脱插热力学参数，由系统自由能方程及系统质量守恒方程构成最小自由能方法计算平衡组成的基本方程，再引入脱插过程中GICs的相变、热分解参数，运用 Kissinger-Ozawa 计算方法计算脱插反应的动力学参数。图4 是由基本方程得到的一些GICs脱插产生的气体体积。理论计算与脱插（膨化）实验基本一致。
图4 几种GICs 脱插反应产生的气体体积
由理论分析及实验结果得到针对不同用途的石墨材料。GICs处理改性的插入-脱插过程控制，主要是插入物的类型、插入量、脱插温度、升温速度的控制。对于用于液相吸附及制造柔性石墨用的多孔结构膨胀石墨，应选用脱插反应气体量大的插入物，采取高温快速脱插。而对于锂离子电池负极用石墨，则应选用反应气体量小的插入物，低温慢速脱插。
图5 多孔石墨吸油能力
多孔石墨由于其疏水亲油特性及多孔结构，对油类及大分子有机物质有超大吸附量，分散态多孔石墨在水中吸附重油量大于80 g/g，是其他吸油材料所不能及的（图5）。应用本研究的插层/脱插控制技术制备的多孔石墨低密度板，在包钢带钢厂冷却水池除油及清河毛纺厂印染废水脱除COD的工程应用实验中，其去污效果远好于活性炭。多孔石墨作为水体污染治理的一种材料，有良好的前景。该项技术已经申报发明专利《一种油污染吸附剂的制备及其回收再生方法》（申请号）。同时利用多孔石墨微粉对电解质的良好浸润能力，将其用作高能碱性电池的正极新型导电添加剂，替代日本进口产品，目前已经产业化。
参考文献
［1］Zheng Y P，Wang H N，Kang F Y，et capacity of exfoliated graphite for oils-sorption in and among worm-like ，2004，42（12/13）：2603-2607
［2］Inagaki M，Kang F，Toyoda of graphite via intercalation and Physics of Carbon Chemistry and Physics of Carbon，2004，29：1-69
［3］Inagaki M，Toyoda M，Kang F Y，et structure of exfoliated graphite—A report on a joint research project under the scientific cooperation program between NSFC and Carbon Materials，2003，18（4）：241-249 DEC
［4］Kang F Y，Zheng Y P，Zhao H，et of heavy oils and biomedical liquids into exfoliated graphite -research in Carbon Materials，2003，18（3）：161-173
［5］Kang F Y，Zheng Y P，Wang H N，et of preparation conditions on the characteristics of exfoliated ，2002，40（9）：1575-1581
［6］Kang F Y，Yang D X，Qiu X impedance spectrum analysis of the intercalation mechanism in HCOOH-GIC Crystals and Liquid Crystals，2002，388：423-428
［7］Shen W C，Wen S Z，Cao N Z，et graphite—A new kind of biomedical ，1999，37（2）：356-358
［8］Kang F，Leng Y，Zhang T synthesis and characterization of formic acid graphite intercalation ，1997，35（8）：1089-1096
［9］Kang F，Zhang T Y，Leng behavior of graphite in electrolyte of sulfuric and acetic acid，Carbon，1997，35（8）：1167-1173
［10］Kang F Y，Leng Y，Zhang T of H2O2 on synthesis of of Physics and Chemistry of Solids，1996，57（6/8）：889-892
［11］任慧，焦清介，沈万慈，等.宽频谱红外烟幕剂CuCl2-NiCl2-GIC的研究.含能材料，2005，13（1）：45-48
［12］任慧，焦清介，崔庆忠.超细粉FeCl3-插层石墨化合物的制备与表征.含能材料，2005，13（5）：308-311
［13］任慧，焦请介，崔庆忠.烟幕剂CuCl2-FeCl3-GIC干扰电磁波性能研究.兵器材料科学与工程，2005，（5）：7-10
［14］王鲁宁，陈希，郑永平，等.膨胀石墨处理毛纺厂印染废水的应用研究.中国非金属矿工业导刊，2004，（5）：59-62
［15］王海宁，郑永平，康飞宇.膨胀石墨孔结构的定量研究.无机材料学报，2003，18（3）：606-612
［16］彭俊芳，康飞宇，黄正宏.填充氧化铁颗粒的石墨基复合材料.材料科学与工程，2002，20（4）：469-472
［17］杨东兴，康飞宇.一种纳米复合材料——石墨层间化合物的结构与合成.清华大学学报（自然科学版），2001，（41） 10：9-12，35
［18］周伟，兆恒，胡小芳，等.膨胀石墨水中吸油行为及机理的研究.水处理技术，2001，（6）
［19］沈万慈，曹乃珍，李晓峰，等.多孔石墨吸附材料的生物医学应用研究.新型炭材料，1998，（1）：50-54
［20］曹乃珍，沈万慈，温诗铸，等.特种石墨材料的抑菌作用研究.中国生物医学工程学报，1996，（3）：97-98
An Investigation into Modification Technologies of Graphite Intercalation Compounds and Their Applications
Kang Feiyu，Zou Lin，Shen Wanci，Zheng Yongping，Gai Guosheng，Ren Hui，Gu Jialin
（The Laboratory of New Carbon Materials，Department of Material Science and Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）
Abstract：Graphite with layers structure is easy to form graphite intercalation compounds（GICs） by means of intercalation reactions due to the weak cohesion force among carbon layers integrated with the Van der Waal’s controlling the oxidation-intercalation process，high quality expanded graphite with low residual sulfur content and MClx-GICs（M ＝Fe，Co，Ni，Cu，Zn） powder for electromagnetic wave absorbing and shielding materials have been expansion volume of expandable graphite can be larger than 160 ml/g while the residual sulfur content is less than MClx-GICs powder can shield infrared ray and laser completely in a duration of up to 15 high temperature expanded graphite for heavy oil sorption and mild-expansion exfoliated graphite for anode materials in lithium ion battery by controlling the intercalation/de-intercalation process have been also expanded graphite can absorb heavy oil up to 80 g/g，it also exhibits better performance than commercial active carbon in sewage low temperature mildexpansion exfoliated graphite as anode material shows a high reversible capacity of 370 mAh/g and a good recycling performance.
Key words：graphite intercalation compounds，expanded graphite，process control.
作为一种新型功能性碳素材料，膨胀石墨(Expanded Graphite，简称EG)是由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。EG 除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外，还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、生态环境协调性、生物相容性、耐辐射性等特性。早在19世纪60年代初，Brodie将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热，发现了膨胀石墨，然而其应用则在百年之后才开始。从此，众多国家就相继展开了膨胀石墨的研究和开发，取得了重大的科研突破。膨胀石墨遇高温可瞬间体积膨胀150~300倍，由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，这样增加了它的柔软性、回弹性和可塑性。石墨晶体是两向大分子层状结构，每一平面内的C原子都以C一C共价键相结合，层与层之间以较弱的范德华力相结合。石墨的层状结构十分典型，每一层片是一个碳原子层，层内碳原子之间以sp2杂化轨道成很强的共价键，即1个2s电子和2个2p电子杂化等价的杂化轨道，位于同一平面上，互相形成σ键，而二个未参加杂化的2P电子则垂直于平面，形成二键π。石墨的这种层状结构使得层间存在一定的空隙。因此在一定条件下，某些反应物(如酸、碱、卤素)的原子(或单个分子)即可进入层间空隙，并与碳网平面形成层间化合物。这种插有层间化合物的石墨即为可膨胀石墨
石墨烯产业规模持续扩大，下游领域不断拓宽，多地企业密集投建石墨烯制备和应用项目，并借助并购重组打通上下游各环节，提高自身产能，整合产业资源，优化提升石墨烯产业能级。
1、2020年中国石墨烯行业发展现状分析：行业发展势头良好，市场规模持续扩大
中国石墨烯行业正处于市场导入期，产品尚未成熟，行业利润率较低，但市场规模持续扩大。2015年到2018年，我国石墨烯产业处于高速发展期。据中国经济信息社数据统计，2015年石墨烯市场规模仅为6亿元，2018年我国石墨烯产业规模约为111亿元，复合增长率高达117%。
在高速发展后，从2019年开始石墨烯行业进入快速平稳发展期，增速有所降低。《2020年中国石墨烯产业发展形势展望》中估算2019年中国石墨烯规模将达到120亿元，考虑到疫情的影响，前瞻测算2020年石墨烯市场增速将有所下降，石墨烯市场规模达到126亿元。
2、中国石墨烯行业细分产品分析：下游涉及行业众多，石墨烯应用领域广泛
石墨烯下游行业众多，主要应用于以下五个领域：
一是光电产品领域，以其非常好的透光性、导电性和可弯曲性，在触摸屏、可穿戴设备、OLED、太阳能等领域中发挥作用。
二是能源技术领域，主要依赖于石墨烯超高的比表面积、超轻的重量和非常好的导电性。
三是功能复合材料，通过将石墨烯加入各种塑形基体，能够制备出具有很好导电、导热、可加工、耐损伤的特殊材料。
四是微电子器件，未来的石墨烯半导体、石墨烯集成电路、THz器件等领域，需要利用石墨烯独特的性质来发挥。
五是生物医药和传感器领域，石墨烯对单分子的响应能力、承载抗体后的分子输运能力都是其他传感器不能实现的。
3、中国石墨烯行业产能分析：龙头公司产能持续扩增加，中小企业生产能力有待提高
2018年以来，石墨烯粉体和薄膜的生产规模进一步扩大。粉体方面，常州第六元素、青岛昊鑫、宁波墨西等多家企业已拥有国内领先的石墨烯粉体生产线。薄膜方面，长沙暖宇新材料科技公司年产量100万平方米的石墨烯膜生产线已开建，预计建成后将成为国内第二大石墨烯膜生产线。
——石墨烯粉体
石墨烯粉体材料制备工艺类化工属性，将以添加剂的形式提升传统产品性能。以粉体应用为主的行业包括防腐涂料、锂电池、超级电容、导热塑料、消费电子散热片等。石墨烯粉体将主要以添加剂的形式与传统产品混合，结合石墨烯特殊的物理化学特性生产具备更多功能、更高性能的新产品。
石墨烯粉体多掺杂在其他材料中使用，比如导电剂、超级电容、特种涂料、高效催化剂等。目前中国规模以上企业石墨烯粉体的生产能力多在100吨左右。
——石墨烯薄膜
石墨烯薄膜可以应用在导热膜上，发挥其优异的导热性能，用于智能手机、平板电脑等设备的散热层;利用石墨烯的导电透光以及高度柔性，可以用来制作柔性显示屏、可穿戴设备等;石墨烯巨大的比表面积以及优异的电子传输性能，是的传感器领域成为石墨烯薄膜的一大目标市场;此外，石墨烯对硅的替代有望带来半导体领域颠覆性的革命，成为下一代集成电路、超级计算机的基础材料。
中国石墨烯薄膜的产能约超过650万平方米左右，主要集中在常州地区。
4、中国石墨烯行业未来发展趋势：扩产成为行业趋势
我国石墨烯产业化发展势头迅猛，各地企业积极投建石墨烯项目。随着石墨烯行业规模的不断扩大，下游应用的不断延伸，2018年以来，石墨烯龙头企业纷纷投资建立新的生产线，扩大产能，以实现规模化生产。
—— 更多数据可参考前瞻产业研究院《中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》
主要上市公司：贝特瑞(835185);方大炭素(600516);银基烯碳(400070);碳元科技(603133);沃特新材料(002886);常州二维碳素(833608)
本文核心数据：石墨烯行业企业营收额;石墨烯行业区域企业数量;石墨烯行业企业产能
行业概况
1、定义
石墨烯，是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。应用于物理、材料、电子信息、计算机等众多领域，具有较好的额导热性、光学特性和稳定性。石墨烯虽然从合成和证实存在到今天只有短短十几年的时间，但目前已经得到了较为广泛的应用。石墨烯层数可分为单层石墨层、少层石墨烯和多层石墨烯;按照功能化形式可以分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等;按照产品形态又可分为石墨烯粉体和石墨烯薄膜。
2、产业链剖析：下游应用较为广泛
石墨烯产业链的上游为石墨矿资源及生产设备;中游为石墨烯薄膜和石墨烯粉体制造;下游主要的应用以新能源、涂料、大健康、节能环保、化工新材料、电子信息等六大产业。
目前，我国石墨烯产业链的上游石墨烯矿产及设备公司有方大炭素、思泉新材和宝泰隆等;中游石墨烯粉体和薄膜的生产公司有常州二维碳素、第六元素和中泰化学等;下游应用领域众多，目前较为广泛的新能源领域的代表企业有贝特瑞新材料、东方碳素、南都电池和欣旺达等;涂料领域的代表性企业有墨睿科技和深创时代等;大健康领域代表性公司有烯旺科技和圣泉集团等;节能环保领域的代表性企业有正拓能源和驰飞等;化工新材料的代表性企业有新纶科技和华高烯暖等;电子信息领域的代表性企业包括远望谷和汉威电子等。
行业发展历程：行业处在突飞猛进阶段
石墨烯的理论研究始于1947年，迄今已有70余年的历史。但真正能够独立存在的二维石墨烯晶体则是出现在2004年，英国曼彻斯特大学天文物理学教授Andre K. Geim领导的研究小组利用微机械剥离方法首次获得了石墨烯，标志着这一新型材料的问世。中国国家自然科学基从2007年开始对石墨烯项目投资，促进了我国石墨烯产业的发展。2013年以来，石墨烯先后被列入“十二五”“十三五”规划中，政策的推动促使了我国一大批石墨烯企业的诞生，石墨烯生产开始走向批量化、规模化。2017年至今，石墨烯已经在锂电池、太阳能、散热材料、电缆LED等行业有了较为广泛的应用。
行业政策背景：“十四五”规划愈发重视石墨烯行业的发展
相比于国外政府较早进行政策扶持，我国直到2012年才由工信部发布《新材料产业“十二五”发展规划》，首次明确提出支持石墨烯新材料的发展。之后，我国先后出台《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》《国家创新驱动发展战略纲要》《新材料产业发展指南》《“十三五”材料领域科技创新专项规划》等文件，确立石墨烯在新时代我国制造业发展中的重要战略地位，鼓励在电化学储能、海洋工程、柔性电子器件、重大环保技术装备、汽车、航天航空行业等领域拓展石墨烯应用。2021年，国家发改委发布了《国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要》，提出大力支持发展新材料产业的重点任务。
行业发展现状
目前，石墨烯产品主要为石墨烯粉体和石墨烯薄膜。石墨烯粉体主要应用于防腐涂料、锂电池、超级电容、导热塑料、消费电子散热片等行业;石墨烯薄膜主要在导热膜、柔性显示、传感器、集成电器等行业有较为广泛的应用。
1、供给：石墨烯粉体和石墨烯薄膜已经实现大规模量产
目前中国大部分石墨烯行业代表性企业均已建立石墨烯产品生产线，其中，在明确公布产量数据的企业中，第六元素、凯纳股份、青岛昊鑫及先丰纳米的石墨烯相关产品产能均达到了千吨级别。此外，根据2021年11月12日举办的2021(第八届)中国国际石墨烯创新大会公布的数据，目前中国已成为石墨烯材料生产大国，石墨烯粉体产能达万吨，石墨烯薄膜产能740万平米。
注：上述数据均来源于企业官网，部分企业官网数据未做更新。
2、需求：石墨烯需求不断增加，市场规模达百亿以上
2015年到2018年，我国石墨烯产业处于高速发展期。据中国经济信息社数据统计，2015年石墨烯市场规模仅为6亿元，2018年我国石墨烯产业规模约为111亿元，复合增长率高达117%。在高速发展后，从2019年开始石墨烯行业进入快速平稳发展期，增速有所降低，根据赛迪智库发布的《2020年中国石墨烯产业发展形势展望》估算，2019年中国石墨烯规模将达到120亿元;根据石墨烯联盟公布的数据，2020年国内石墨烯相关领域市场规模达140亿元。初步估测2021年中国石墨烯市场规模或达到157亿元。
3、专利情况：2020年石墨烯相关专利申请热度最高
根据智慧芽搜索结果，2015-2022年9月，我国石墨烯相关专利申请数量先增后降，2020年相关专利申请数量达到峰值33390项，2021年相关专利申请数量下降至30165项。此外，截至2022年9月的石墨烯相关专利中，发明申请类型的专利占比最多，达到了57%，其次为授权发明，占比为27%。
注：查询时间为2022年9月26日。
4、发展痛点：关键技术制约下游应用拓展
由于石墨烯从发现至今仅经历10余年时间，其发展仍处于较新的阶段，尽管石墨烯在规模化生产技术和 工艺装备等方面均取得重大进展，但其低成本规模化制备技术、下游应用技术、绿色制备技术等方面仍存在技术瓶颈，且产品普遍存在尺寸和层数不均匀、质量不稳定等问题，材料的各项性能指标远不及实验室水平，难以满足大规模工业化量产的需求，制约了石墨烯在下游应用领域的拓展。
更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国石墨烯行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。
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论高电化学性能聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合材料的合成
石墨烯是一种二维单原子层碳原子SP2杂化形成的新型碳材料，因其非凡的导电性和导热性、极好的机械强度、较大的比表面积等特性，引起了国内外研究者极大的关注.石墨烯已经被探索应用在电子和能源储存器件、传感器、透明导电电极、超分子组装以及纳米复合物[8]等领域中.而rGO因易聚集或堆叠而导致电容量较低(101 F/g)[9]，这限制了其在超级电容器电极材料领域的应用.
另一方面，PANI作为典型的导电高分子之一，由于合成容易，环境稳定性好和导电性能可调等特性备受关注.具有纳米结构的导电材料，由于纳米效应不但能提高材料固有性能，并开创新的应用领域.PANI纳米结构的合成取得了许多的成果.PANI作为超级电容器电极材料因具有高的赝电容，其电容量甚至可高达3 407 F/g[10];然而，当经过多次充放电时PANI链因多次膨胀和收缩而降解导致其电容损失较大.碳材料具有高的导电性能和稳定的电化学性能，为了提高碳材料的电化学电容和PANI电化学性能的稳定性，人们把纳米结构的PANI与碳材料复合以期获得电容较高且稳定的超级电容器电极材料[11].
作为新型碳材料的石墨烯和PANI的复合引起了极大的关注[12].但是用Hummers法合成的GO直接与PANI复合构建PANI/GO复合电极因导电率低而必须还原GO，化学还原剂的加入虽然还原了部分GO而提高了导电性能，但也在一定程度上钝化了PANI [13]，另外排除还原剂又对环境造成一定程度的污染.因而开拓一条简单且环境友好的制备PANI/rGO复合材料作为超级电容器的电极路线仍然是一个难题.
基于以上分析，首先使PANI和GO相互分散和组装，借助水热反应这一绿色环境友好的还原方法制备PANI/rGO复合材料，以期获得高性能的超级电容器电极材料.
1实验部分
原材料
苯胺(AR， 国药集团)，经减压蒸馏后使用;氧化石墨烯(自制);过硫酸铵(APS， AR， 湖南汇虹试剂);草酸(OX， AR， 天津市永大化学试剂);十六烷基三甲基溴化铵(CTAB， AR， 天津市光复精细化工研究所).
的制备
PANIF的制备按我们先前提出的方法 [14]，制备过程如下：把250 mL去离子水加入三口烧瓶后，依次加入 g CTAB， g 草酸以及 mL苯胺，在12 ℃水浴上搅拌8 h;随后，往上述溶液中一次性加入20 mL含苯胺等量的过硫酸铵水溶液，同样条件下使反应保持7 h.所制备的样品用大量去离子水洗涤至滤液为中性，随后30 ℃真空干燥24 h. 的制备
采用Hummers法制备GO，具体过程如下：向干燥的2 000 mL三口烧瓶(冰水浴)中加入10 g天然鳞片石墨(325目)，加入5 g硝酸钠固体，搅拌下加入220 mL浓硫酸，10 min后边搅拌边加入30 g高锰酸钾，在冰水浴下搅拌120 min，再将三口烧瓶移至35 ℃水浴中搅拌180 min，然后向瓶中滴加460 mL去离子水，同时将水浴温度升至95 ℃，保持95 ℃搅拌60 min，再向瓶中快速滴加720 mL去离子水，10 min后加入80 mL双氧水，过10 min后趁热抽滤.将抽干的滤饼转移到烧杯中，加大约800 mL热水及200 mL浓盐酸，趁热抽滤，随后用大量去离子水洗涤直至中性.所得产品边搅拌边超声12 h后5 000 r/min下离心10 min，得氧化石墨烯溶液.
复合材料制备
按照一定比例将含一定量的PANIF液与一定量的 mg/mL 的GO溶液混合，使混合液总体积为30 mL， GO在混合液中的最终浓度为 mg/ mL，磁力搅拌10 min后，将混合液转移到含50 mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应，在180 ℃保温3 h;待反应釜自然冷却至室温后取出，用去离子水洗涤产物直至洗液无色后，于60 ℃真空干燥24 h，待用.按照上述步骤制备的PANIF与GO的质量比分别为5，10以及15，相应命名为PAGO5，PAGO10和PAGO15，对应的PANIF质量为75 mg，150 mg和225 mg.
仪器与表征
用日本日立公司S4800场发射扫描电镜(SEM)分析样品的形貌;样品经与KBr混合压片后，用Nicolet 5700傅立叶红外光谱仪进行红外分析;用德国Siemens公司Xray衍射仪进行XRD分析;电化学性能测试使用上海辰华CHI660c电化学工作站.
电极制备和电化学性能测试：将活性物质(PANIF或PANIF/rGO)、乙炔黑以及PTFE按照质量比85∶10∶5混合形成乳液，将其均匀地涂在不锈钢集流体上，在10 MPa压力下压片，之后烘干得工作电极.在电化学性能测试过程中，使用饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，铂片(Pt)作为对电极，在三电极测试体系中使用1 M H2SO4作为电解液进行电化学测试，电势窗为～.
比电容计算依据充放电曲线，按式(1)[15]计算：
Cs=iΔtΔVm.(1)
式中：i代表电流，A;Δt代表放电时间，s;ΔV代表电势窗，V;m代表活性物质质量，g.
2结果与讨论
形貌表征
图1为PANIF和PAGO10形貌的SEM图.低倍的SEM(图1(a))显示所制备PANIF为大面积的纳米纤维网络;高倍的图1(b)清晰地显现该3D纳米纤维网络结构含许多交联点.PANIF和PAGO10混合液经过水热反应后，从低倍的SEM(图1(c))可以看出，PAGO10复合物具有交联孔状结构;提高观察倍数(图1(d)和图1(e))后可以发现样品中rGO 与PANIF共存;而高倍的图1(d)清晰地显示出了rGO与PANIF紧密结合，且合成的褶皱rGO因层数较少而能观察到其遮盖的PANIF.从图1可知：成功合成了大面积的PANIF以及互相均匀分散的PANIF/rGO复合材料.
分析
图2为PANIF，GO以及PAGO10 3种样品的FTIR图.图2中a曲线在1 581 cm-1，1 500 cm-1，1 305 cm-1，1 144 cm-1，829 cm-1等波数处展现的尖锐峰为PANI的特征峰，它们分别对应醌式结构中C=C双键伸缩振动、苯环中C=C双键伸缩振动、C-N伸缩振动峰、共轭芳环C=N伸缩振动、对位二取代苯的C-H面外弯曲振动.图2中b曲线为GO的红外谱图，在3 390 cm-1， 1 700 cm-1的峰分别对应-COOH中的O-H，C=O键振动，1 550～1 050 cm-1范围内的吸收峰代表COH/ COC中的C-O振动[16]，可以看出，GO中存在大量的含氧官能团.图2中c曲线为PAGO10复合物红外吸收谱图，与GO，PANIF谱图比较， 可以发现PAGO10中的GO特征峰不太明显而PANI的特征峰全部出现，这个结果归结于GO含量少以及GO经水热反应后形成了rGO，另外也表明水热反应对PANI品质无大的影响.
电化学性能分析
图4为样品的CV曲线，其中图4(a)为不同样品在1 mV/s扫描速率下的CV图，可以看出，4个样品均出现明显的氧化还原峰，这归因于PANI掺杂/脱掺杂转变，表明PANIF以及复合物显示出优良的法拉第赝电容特性.图4(b)为PAGO10在不同扫描速率下的CV曲线，由图可知PAGO10电极的比电容随着扫描速率减小而稳步增加，在扫描速率为1 mV/s时，PAGO10电极的比电容为 F/g.
图5为PANI，PAGO5，PAGO10和PAGO15的充放电曲线以及交流阻抗图.图5(a)为电流密度为1 A/g时样品的放电曲线图，由图可知：4种样品均有明显的氧化还原平台，这与前述CV分析中的结果相吻合.根据充放电曲线，借助式(1)，计算了4种样品在不同电流密度下的比电容，结果如图5(b)所示，很明显，相同电流密度下PAGO10比电容最大，当电流密度为1 A/g时，其比电容为517 F/g，这个结果表明PAGO10的电化学性能明显优于PANI/石墨烯微球和3D PANI/石墨烯有序纳米材料(电流密度为 A/g时，比电容分别为 261和495 F/g)[18-19]， 而PANIF比电容最小，仅为378 F/g;且在10 A/g电流密度下PAGO10的比电容仍保持在356 F/g 左右，这表明PAGO10电极具有优异的倍率性能.该复合材料比电容以及倍率性能得到极大提高源于rGO与PANIF两组分间的协同效应.在充放电过程中连接在PANIF间的rGO为电子转移提供了高导电路径;同时，紧密连接在rGO上的PANIF有效阻止水热还原过程中石墨烯的团聚，增加了电极/电解质接触面积，从而提高了PANIF的利用率而使得容量增加. 为了更清晰地了解所制备材料的电子转移特点以及离子扩散路径，对样品进行了交流阻抗测试，图5(c)为4个样品的Nyquist图.从图5(c)可知：在高频区、低频区均分别具有阻抗弧半圆、频响直线.在高频区，电荷转移电阻Rct大小顺序为RPAGO5
值说明rGO的加入提高了电极材料的导电性.在低频区，直线形状反映了样品电化学过程均受扩散控制，并且PAGO5所展现的直线斜率最大，说明其电容行为最接近理想电容，即频响特性最好，这也是源于rGO的加入提高了材料导电性以及复合物的独特微观结构.
氧化还原反应的发生，导致PANIF具有十分高的赝电容，但由于在大电流充放电过程中高分子链重复膨胀和收缩，导致其循环稳定性差而限制了其实际应用.为此，对ANIF和PAGO10进行循环稳定性分析.图6显示，PAGO10在5 A/g电流密度下经过1 000次充放电后，电容保持率为77%，而不含rGO的PANIF电极在2 A/g电流密度下充放电1 000次电容保持率仅为，这个结果表明PANIF循环稳定性较差;另外，rGO的加入形成的PANIF/rGO紧密的连接，降低了PANI链在充放电过程中的膨胀与收缩，使得链段不容易脱落或者断裂，从而PAGO10具有出色的循环稳定性.
3结论
采用自组装的方法，经水热反应，制备了PANIF/rGO复合电极材料.研究发现，rGO与PANIF紧密连接;而且，当PANIF与GO质量比为10∶1时，复合材料展现了最佳的电化学性能，当电流密度为1和10 A/g时，其比电容分别为517， 356 F/g.从上可知：合成的PAGO10具有高的比电容、较好的倍率性能和稳定性能，从而有望作为超级电容器电极材料在实践中应用.
浅谈水泥窑用新型环保耐火材料的研制及应用
1 概述
随着新型干法水泥生产技术在我国的迅速普及，我国水泥工业得到飞速发展，2012年，水泥总产量达亿吨，占世界总产量55%左右。在20世纪六、七十年代，镁铬质耐火材料因具有良好的挂窑皮和抗水泥熟料的化学侵蚀性能，而被广泛应用于新型干法水泥窑的烧成带[1]，并取得了良好的使用效果，但由于镁铬砖在使用过程中砖内的Cr2O3组分与窑气、窑料中的碱、硫等相结合，形成有毒的Cr6+化合物[2]。再加上原燃料中所带入的硫，碱与硫共存时形成另一种水溶性Cr6+有毒性致癌物质：R2(Cr，S)O4。水泥窑在正常运转中，其窑衬中镁铬砖内的一部分Cr6+化合物随着窑气和粉尘外逸，飘落在厂区及周边环境中，造成厂区大气的污染; 另一部分则残留在拆下的废砖中，废弃的残砖一遇到水就会造成地下水的污染;更直接的危害是在水泥窑折砖和检修作业时，窑气和碎砖粉尘中的Cr+6会给现场人员造成毒害，据有关专家论证，Cr6+腐蚀皮肤，使人易患上大骨病，进而致癌。因此，镁铬质耐火材料作为水泥窑内衬会对环境和人类造成长期污染和公害。
发达工业国家在水源、环境和卫生方面有着一系列配套的规范，其中德国对水泥厂预防“铬公害”的规定最普遍，执行也是最严格的，具体内容如表1所示：
我国于1988年4月颁布国家标准GB3838-88，对地面水中Cr6+含量进行明确规定，如表2所示：
这就使得水泥企业在使用镁铬砖做水泥窑内衬投入的环保费用加大，特别是用过镁铬残砖处理费用非常昂贵，因此，水泥窑用耐火材料无铬化是必然的发展趋势。
2 水泥窑烧成带新型环保耐火材料的研制
研制思路
目前，用于水泥回转窑烧成带的无铬环保耐火材料主要有镁白云石砖和镁铝尖晶石砖。镁白云石砖对水泥熟料具有良好的化学相容性和优良的挂窑皮性，但是抗热震性差，抗水化性差;镁铝尖晶石砖具有良好的抗热震性和抗侵蚀性，但是挂窑皮性差[3，4]。镁砖中引入铁铝尖晶石制成的第二代新型环保耐火材料―新型环保耐火材料，结构韧性好，抗碱盐及水泥熟料侵蚀能力强，具有良好的挂窑皮性能，在烧成带能有效延长使用寿命，是目前适合我国国情的新一代水泥窑烧成带用无铬耐火材料。但该产品的关键是铁铝尖晶石原料的合成、加入量、加入方式及有关工艺条件对制品性能的影响。
试验与研究
铁铝尖晶石的合成。铁铝尖晶石是一种自然界少有的矿物，化学分子式为FeAl2O4，其中含和。铁铝尖晶石为立方体结构，二价阳离子占据四面体位置，三价阳离子填充在由氧离子构成的面心立方中。其理论密度为，莫氏硬度为。要形成铁铝尖晶石，必须保证氧化亚铁(FeO或FeOn)是处于其稳定存在的条件下。只有在FeO能稳定存在的区域内，才能保证与Al2O3形成的化合物是FeO? Al2O3尖晶石，而在FeO稳定存在的区域以外的条件下，铁的氧化物与Al2O3作用得到的产物很难说是FeO?Al2O3尖晶石，而可能是含有大量或主要是Fe2O3-Al2O3的固溶体[5]。FeOn- Al2O3的系相图如图1所示：
为了得到高质量的合成铁铝尖晶石，我们特聘请了欧洲知名耐材专家进行专业技术指导，经过大量试验，掌握了烧结合成铁铝尖晶石的关键技术，为生产达到国际水平的新型环保耐火材料打下了良好的基础。在生产中把FeO与Al2O3按一定比例混合均匀后压制成荒坯，在保证“FeO”稳定存在的气氛下，经高温烧成，制得FeO? Al2O3尖晶石含量为97%以上的烧结铁铝尖晶石。产品衍射如图2所示：
原料与制品的性能 ①原料的选择。根据我们的生产经验，结合水泥窑烧成带对耐火材料的要求，我们选用优质镁砂、合成尖晶石为原料，并加入特殊添加剂来强化制品的性能，研制生产出第二代无铬镁尖晶石砖―新型环保耐火材料。所用原料理化指标如表3所示。②制品的性能。将原料破碎成所需的粒度，采用四级配料，经强力混碾、高压成型、高温烧成。产品的显微结构见图3，产品理化指标与国外同类产品对比情况如表4所示。
铁铝尖晶石对制品性能的影响 ①铁铝尖晶石加入量对制品耐压强度的影响。从图4可以看出：随着铁铝尖晶石增加制品的耐压强度呈现出先升后降的趋势，这是由于铁铝尖晶石与镁砂互溶的结果，铁铝尖晶石的加入量在10%时，制品的强度达到最大值。②铁铝尖晶石加入形式对制品抗热震性能的影响。从实验结果表5可以看出：以颗粒形式加入铁铝尖晶石制品的抗热震性比以细粉形式加入铁铝尖晶石制品相对较好。
产品的性能
结构韧性好、热震稳定性优良。新型环保耐火材料在烧成及使用过程中Fe2+离子扩散进入周边的氧化镁基质中，同时部分Mg2+离子扩散进入铁铝尖晶石颗粒，与铁铝尖晶石分解残留的氧化铝反应生成镁铝尖晶石，这一活化效应使制品在烧成或使用过程中，内部形成大量的微裂纹，重要的是铁铝尖晶石的分解过程、Fe2+离子和Mg2+离子的相互扩散在高温下持续进行，使得MgO-FeAl2O4耐
火材料在整个高温使用过程中，可以形成大量的微裂纹，这些微裂纹的存在有利于缓冲热应力、提高制品的结构柔韧性和热震稳定性。
强度高。从制品显微结构可以看出：制品内部铁铝尖晶石与高纯镁砂互溶，结构非常均匀致密，晶粒发育良好，颗粒与基质间通过晶间尖晶石相连接，结合良好，明显的提高了砖的密度和高温强度。
具有良好的粘挂窑皮性能。在使用过程中，制品中的Fe2O3与Al2O3都易与水泥熟料中的CaO反应生成C2F、C4AF等低熔点矿物，该矿物具有一定的粘度，可牢固粘附在新型环保耐火材料的热面，形成稳定的窑皮。我们把新型环保耐火材料和直接结合镁铬砖分别制成40mm×40mm×60mm样块，用90%水泥生料+5%煤粉+5%K2SO4，压制成Φ30×10mm圆饼，把圆饼放在两个样块中间，放入电炉内加热，温度升到1500℃，保温3小时，冷却后测其抗折强度，二者基本相同。由此可见，新型环保耐火材料粘挂窑皮性能优良。
产品的应用
新型环保耐火材料自2012年研制成功投放市场以来，通过河北鹿泉曲寨水泥公司、宁夏瀛海天琛水泥公司、内蒙古哈达图水泥公司、陕西尧柏水泥集团、北方水泥集团、河南锦荣水泥公司、新疆天基水泥公司、安阳湖波水泥公司等二十多家大型水泥企业2500t/d、5000t/d、6500t/d水泥窑烧成带应用，寿命周期均达到12个月以上，受到用户认可。
3 结论
石墨烯具有非常好的热传导性能，这一性能可以在哪些领域得到很好的运用？
近年来，石墨烯作为一种新型的碳材料，因其众多独特的优良性能，引起了人们的广泛关注和极大兴趣。据了解，石墨烯具有非常好的导热性能，电热转换率高达99%，能有效减少热量损失，加速热对流，带来极佳的采暖效果和舒适体验。
作为行业的龙头企业，近程加热鑫科与中科院石墨烯研究中心、浙江大学技术学院、SGS检测实验室等多家国内外权威机构合作，借助中科院在石墨烯领域的平台优势和技术、人才优势，鑫科掌握了领先的核心温控技术和新型加热材料应用技术，确立了在近体加热行业的领先地位。
据了解，中科院宁波材料所基于其在石墨烯材料领域的研究，于2016年成立了宁波石墨烯创新中心。2018年，中科院启动了首批工程实验室的建设，并批准依托中科院宁波材料所与中科院10个研究所联合建设GRAPHENE工程实验室。该工程实验室汇集了中科院在石墨烯技术领域的创新资源，具有国际领先水平，成为支撑国家石墨烯创新中心建设的重要技术创新平台。石墨烯是已知的最具导电性的材料，这一特性特别适合于高频电路。因此，石墨烯被认为是硅的替代品，可以制造超细的晶体管，用于生产未来的超级计算机。据称，由石墨烯制成的计算机处理器的运行速度将提高数百倍，并且消耗的能源更少。
今年早些时候，中国科学院上海微系统与信息技术研究所在石墨烯研究方面取得了新进展。世界上首次报道了利用铜蒸气辅助的Cu-ni合金超高速生长英寸石墨烯单晶。该论文于2月24日发表在《自然-材料》上，研究论文于2月24日在线发表在小。