石墨烯是一種神奇的納米級新材料,具有透光性好、導熱系數(shù)高、電阻率低、電子遷移率高、高機械強度特點,能在諸多應用領域取代原有材料發(fā)揮高效性能(如)因而已經(jīng)取代硅,成為“二十一世紀新材料之王”。
近期,工信部舉行了石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展座談會,與各方代表研討了擬建石墨烯創(chuàng)新中心的使命功能定位和組建運營模式。
自2012年國家出臺文件明確提出支持石墨烯新材料發(fā)展后,石墨烯就頻繁受到政策照顧,2015年我國就出臺了《《中國制造2025》重點領域技術路線圖》、《關于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》等利好文件。隨著石墨烯創(chuàng)新中心即將建立,我國石墨烯產(chǎn)業(yè)化有望得到進一步發(fā)展,千億元產(chǎn)業(yè)規(guī)模值得期待。
“神奇材料”石墨烯優(yōu)勢受關注
石墨烯是一種神奇的納米級新材料,具有透光性好、導熱系數(shù)高、電阻率低、電子遷移率高、高機械強度特點,能在諸多應用領域取代原有材料發(fā)揮高效性能(如)因而已經(jīng)取代硅,成為“二十一世紀新材料之王”
石墨烯技術的應用領域
以電池領域為例,與傳統(tǒng)電極材料相比,石墨烯具有高容量密度、高功率密度、電池結構與性能優(yōu)化更好等優(yōu)勢。石墨烯應用于鋰電池中,能大大提高電池容量,為新能源汽車解決續(xù)航問題。
我國南京理工大學的科研組新研究出來的“氧化石墨的雜化及其在能源中的應用”的新成果,大大提高了鋰電池的能量儲備量,能夠改善當前電池續(xù)航時間短、使用壽命不長的通病,將帶動鋰電池產(chǎn)業(yè)以及新能源汽車等相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
基于石墨烯優(yōu)秀的性能,各國都在不遺余力推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,石墨烯相關的技術研發(fā)已列入美國、英國、日本和韓國等國新材料領域重點的支持項目。
國內石墨烯產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模
頻繁政策利好下,國內石墨烯興起研發(fā)熱潮,在技術研究方面,2011年,國內與石墨烯有關的論文為278篇,2012年為494篇,2013年為718篇,2014年上升至914篇,2015年為1239篇;技術專利上。目前我國在國際上已經(jīng)申請2200多項石墨烯專利技術,約為全球石墨烯專利技術的三分之一。
與此同時,石墨烯產(chǎn)業(yè)也有起步。
產(chǎn)業(yè)規(guī)模上,我國形成了以江蘇?。ǔV荨o錫、南京等地)為中心,寧波、青島、重慶、德陽、河北、北京等地活躍分散發(fā)展的格局。產(chǎn)業(yè)鏈中,下游公司居多。目前,我國石墨烯產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有超過50家的制備及相關應用開發(fā)企業(yè),目前市場競爭也主要集中在石墨烯規(guī)?;苽浼夹g以及與下游商業(yè)化應用對接兩方面。
不過,作為新興行業(yè),石墨烯產(chǎn)業(yè)化過程匯總仍有諸多不足之處。石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈還極為薄弱,沒有形成完整的、成熟的產(chǎn)業(yè)鏈上下游,石墨烯研發(fā)制備企業(yè)和下游應用企業(yè)脫節(jié)是主要特點。
目前石墨烯仍處于產(chǎn)業(yè)化初期,善未完全實現(xiàn)石墨烯的規(guī)模化應用,對石墨烯產(chǎn)品最大的需求市場仍然是科研院校和少量生產(chǎn)廠商。由于下游需求未起,大部分石墨烯企業(yè)目前仍無法找到穩(wěn)定的商業(yè)模式和盈利模式。
國內石墨烯相關企業(yè)獲利困難(單位:百萬)
阻礙石墨烯大規(guī)模商業(yè)化應用的難點在于兩個方面:工藝上來看,如何批量化地制備大面積、穩(wěn)定性好、高質量的石墨烯是難點之一,目前整個行業(yè)仍處于產(chǎn)品研發(fā)階段,只有少數(shù)企業(yè)能夠大規(guī)模制備高質量石墨烯,行業(yè)層面的不良率影響了下游的應用推廣;銷售層面上看,業(yè)內企業(yè)仍無法穩(wěn)定獲取利潤,如何整合上下游產(chǎn)業(yè)鏈,即推廣或銷售將成為石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵。
50億近景與千億元前景三大趨勢值得關注
某研究機構指出,在政策利好下,2016年石墨烯產(chǎn)業(yè)化將迎來關鍵之年,市場空間有望突破50億元人民幣。其中電子設備散熱材料將有36億元、導電添加劑為8億元、透明導電膜3億元、超級電容器2億元以及軍工材料1億元。
根據(jù)《《中國制造2025》重點領域技術路線圖》的要求,2020年石墨烯需要形成百億產(chǎn)業(yè)規(guī)模,2025年整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億,這需要石墨烯產(chǎn)業(yè)在當前基礎上“大躍進式”發(fā)展。在此背景下,石墨烯產(chǎn)業(yè)將有以下三大趨勢:
隨著石墨烯制備水平的發(fā)展和石墨烯應用技術水平的發(fā)展,石墨烯材料能夠應用在更多的下游產(chǎn)品和領域中。預計到2024年前后,石墨烯器件有望替代互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件,在納米電子器件,光電化學電池、超輕型飛機材料等研究領域得到應用;
消費電子類應用將成石墨烯技術攻克主方向。石墨烯制備水平和應用技術水平的發(fā)展是相輔相成的,以目前的發(fā)展水平看,電子元件領域的應用對石墨烯的質量和技術要求最高,也最難以實現(xiàn),我們預計其應用在10年左右;石墨烯在消費電子類的應用主要需克服制備技術的難關,這也是目前石墨烯研究中最熱點的方向,我們預計制備技術在未來1-2年內會有所突;
石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展持續(xù)升溫。從石墨烯專利領域分布來看,其應用技術研究布局熱點包括:石墨烯用作鋰離子電池電極材料、太陽能電池電極材料、薄膜晶體管制備、傳感器、半導體器件、復合材料制備、透明顯示觸摸屏、透明電極等。
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