石墨烯下游市場的突破

石墨烯下游市場的突破
來源：東莞市捷誠石墨制品有限公司 發布時間：2018-12-08 點擊次數：564


石墨烯是新材料領域中一顆耀眼的新星，由于其優異的機械、光學、電學和微量子性能，有望在電子、新能源、高端制造、醫療等領域得到廣泛應用。離子市場有望達到萬億元水平。有望首次應用于太陽能透明電極、散熱材料和觸摸屏等領域。

石墨烯目前正處于工業化的關鍵階段，在技術、工藝和產業鏈對接等方面需要大量的資源，工業化的關鍵和難點在于相關材料的制備、轉移技術及上下游一體化。美國、英國、中國、日本和韓國的工業化發展處于前列。

石墨烯行業上市公司眾多，但都處于研發實驗或新參與階段，尚未對業績產生實質性影響。

石墨烯是由單層碳原子組成的六邊形蜂窩格子的二維平面材料。石墨烯的發現顛覆了凝聚態物理中二維材料在有限溫度下不能存在的概念。

石墨烯具有許多優異的機械、光學、電學和微觀量子特性。它是目前最薄、最堅硬的納米材料。同時，它具有普通材料所不具有的許多特性，如良好的透光率、高導熱率、高電子遷移率、低電阻率和高機械強度。石墨烯有望在電極、電池等領域得到應用，其中晶體管、觸摸屏、太陽能、傳感器、超輕材料、醫療、海水淡化等應用是最有前途的先進材料之一。

石墨烯材料可分為兩類：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。多晶薄膜有望在5-10年內實現工業化，取代ITO玻璃用于觸摸屏（特別是柔性制造屏）和其他需要透明電的領域。除了純石墨烯，還有許多石墨烯衍生物，它們將在未來得到廣泛的應用。

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、高精度制造、水處理等高科技領域。

在傳感器方面，納米傳感器具有體積小、精度高等特點，與普通傳感器相比，原子傳感器具有許多獨特的微特性，極大地拓寬了傳感器的應用領域，可廣泛應用于生物、化學、機械、航空、軍事等領域。納米傳感器主要包括納米磁傳感器、納米生物傳感器和納米光纖傳感器。納米傳感器的尺寸主要取決于探針的尺寸。隨著工業生產和環境監測的需要，納米氣體傳感器的研究和開發已取得很大進展。S，預計將在未來的商業應用領先。

目前，采用分散催化劑在SiO 2Si襯底上化學氣相沉積法制備了單壁碳納米管，使該傳感器在復雜的氣體環境中具有選擇性，其分辨力和靈敏度比傳統的化學氣相沉積方法有明顯的提高。采用傳統傳感器。

單壁碳納米管(SWCNTs)具有優異的電子、機械等性能，但其制備一直是一個難題，而結構和性能可控的單壁碳納米管(SWCNTs)的制備是單壁碳納米管制備的基礎和關鍵。R的應用，也成為SWCNT研究和應用的瓶頸。

石墨烯具有良好的導電性和透光性，在透明導電電極中具有很好的應用前景，結果表明，石墨烯的比表面積高達2600平方米／g，導電性很高，儲能效率很高。石墨烯是現有材料的近兩倍，是理想的電極材料，在替代其他電極材料方面具有廣闊的應用前景。甚至用于商業超級電容器的活性炭和其他材料的比表面積也不超過1000-1800平方米/克。石墨烯的綜合電性能明顯優于現有材料。

ITO(銦錫氧化物)廣泛用于傳統電極材料。銦昂貴而稀有。工業界正在尋找一種更便宜的ITO替代品。石墨烯由于其獨特的導電和透明性能而成為一種替代材料。由石墨烯制成的透明電極不是。只有具有傳統電極的導電性，而且還可以彎曲和折疊。透明導電電極不僅可以應用于太陽能領域，還可以用于觸摸屏、液晶屏、發光二極管和超級電容器等領域。電子電極目前正被全球實驗室用于各種產品，包括觸摸屏和超級電容器。如果電子電極能夠成功商業化，預計它將改變電子工業的制造模式。

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以用來制造高靈敏度、高效率的太陽能光伏器件。展望了石墨烯作為新一代太陽能電池的應用前景。

從目前的研究進展來看，石墨烯不僅可以用作太陽能電池的透明電極，還可以用作半導體層之間的中間電極。在太陽能電池中，石墨烯是透明的，與半導體層相容。

化學摻雜可以大大降低石墨烯的表面電阻，調節石墨烯的功函數，使透明導電膜更加柔韌。同時，這種薄膜具有中遠紅外和高透過率的特性，可以顯著提高太陽能的轉換效率。它是新一代太陽能電池的理想材料，目前多晶硅太陽能電池的轉換效率為30%。理論上，石墨烯太陽能電池有望將轉換效率提高到60%。在未來，太陽能電池有望實現小型化。預計石墨烯太陽能電池在未來將安裝在建筑物的外墻，以便太陽能可用于日常照明和加熱應用。

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

超級電容器是基于高比表面積碳電極/電解質界面產生的電容或過渡金屬氧化物/導電聚合物表面相和本體相的氧化還原反應來存儲和轉換能量的電子器件。與電池相當，包括正極和負極、電解質、隔膜和集電體。

超級電容器作為一種新型儲能裝置，具有體積小、輸出功率大、充電時間短、使用壽命長、工作溫度范圍寬、安全無污染等優點。為了生產高性能的超級電容器，電極材料是超級電容器的關鍵，它決定著電容器的主要性能指標，如能量密度、功率密度和循環穩定性。目前，納米結構活性炭、碳化物轉化炭、碳納米管、氧化釕、聚苯胺、聚吡咯等作為微超級電容器的電極材料已得到廣泛應用，但其整體性能仍不能滿足微能源的要求。同時，制造微型超級電容器的光刻工藝復雜，生產周期長，成本高，在一定程度上制約了超級電容器的商業化。

實驗表明石墨烯有望成為一種新型、高效的超級電容器電極材料。目前，人們已經研制出一種新型的基于石墨烯的微型超級電容器。傳統的固態電解質、石墨烯電介質可以顯著提高電容器的電容和耐久性，與薄膜鋰離子電池相當。無線傳感器網絡，生物體內各種電子設備的柔性顯示器和能量存儲設備。

結果表明，石墨烯超級電容器的充放電速度比傳統電池快1000倍，如果能商業化，汽車或手機的充電時間將會大大縮短。超級電容器的難點在于提高介電材料的能量密度，同時降低成本。

觸摸屏是石墨烯未來應用的另一個熱點。近年來，隨著智能手機和平板電腦的大規模普及，全球對觸摸屏的需求也大幅增加。數據顯示，2013年，電子設備用觸摸屏的總面積有所增加。世界觸屏面積增加了三倍，達到2550萬平方米，預計到2015年觸屏生產面積將達到3590萬平方米。

與傳統的ITO觸摸屏相比，石墨烯觸摸屏無毒、環保。其次，石墨烯的光學性能優于ITO，可以部分消除鏡面反射，從而有效地解決了困擾ITO的光學鏡面反射問題。長時間。在強光下，ITO屏幕變暗，而石墨烯觸摸屏的鏡面反射率也大大降低。石墨烯還可以折疊和彎曲，有望擴展到移動智能穿著設備領域。在未來，石墨烯具有電容性。觸摸屏有望取代現有的ITO透明電極。

目前，韓國三星、日本索尼、二維碳、美英安必麗、3M等公司已開始工業化，豐田、東芝、索尼、中化、S.阿姆孫在石墨烯研究方面取得了很大進展。

最近，有報道說IBM公司開發了第一種石墨烯晶片集成電路。科學家們預測，這一突破預示著石墨烯晶片在未來取代硅晶片的前景。石墨烯場效應晶體管。最新的石墨烯集成電路可以混合高達10GHz，經受125攝氏度的高溫。

在未來，石墨烯集成電路有望使諸如智能手機、平板電腦和可穿戴電子設備等電子終端運行得更快，具有更低的能量效率和成本。

生物傳感器是生命分析化學和生物醫學領域的一個重要研究方向，廣泛應用于臨床疾病的診斷和治療。基因組測序技術中，最近發展起來的一種DNA傳感器是基于石墨烯的場效應晶體管器件，它能夠檢測DNA鏈的旋轉和位置結構，利用石墨烯的電學性質，成功地實現了檢測DN的微功能。一個序列

蘇州納米技術研究所對PEG熒光標記納米石墨烯（NGS）的體內作用進行了研究。在異種皮膚腫瘤體內移植的熒光成像中，NGS顯示出較高的腫瘤細胞攝取率。盡管新的碳納米材料的體內性能需要更多的認知和長期的毒性研究，但這種方法為石墨烯在b中的應用提供了方向。癌癥治療等醫學領域。

此外，石墨烯由于其超高的載流子遷移率和熱導率，有望成為LED熱傳導領域的新型應用材料。

技術問題是制約石墨烯工業化應用的主要因素，如何低成本、高效率地制備大規模、高質量的石墨烯，并將其快速有效地轉移到下游需求區是大規模工業化應用的主要方向。石墨烯。

目前，制備石墨烯的方法很多，包括物理和化學方法，物理方法主要是機械剝離法，化學方法主要是化學沉積法和化學合成法。石墨烯是制備的石墨烯厚度不同、操作性差、不能生長大尺寸的石墨烯。

化學氣相沉積（CVD）提供了一種可控的石墨烯制備方法。首先，將平面襯底（如金屬薄膜和單晶）置于高溫可分解的前驅體（通常是碳氫化合物，如甲烷和乙烯）中。通過高溫退火在襯底表面沉積碳原子，形成石墨烯。最后，通過化學方法除去金屬基體得到石墨烯，這種方法可以形成大面積的石墨烯片，但合成過程必須在高溫下進行，通常不能保證石墨烯的產率。撕裂法、高溫石墨膨脹法等。

用石墨烯化學制備方法制備的石墨烯也是不穩定的，并且石墨烯的片狀面積有限，石墨烯的商品化還需要時間。

總之，化學氣相沉積（CVD）技術在石墨烯的大規模制備方面取得了新的突破，也是目前石墨烯制備的主流技術之一。然而，大規模的商業化仍然需要進一步改善工藝空間。

近兩年來，石墨烯產業化方向逐漸明確，各國對石墨烯產業的扶持政策進一步加強。

2013年1月，歐盟委員會將石墨烯列為未來新興技術的旗艦項目之一。該項目的研究范圍非常廣泛，其中石墨烯的制備是核心。AISE石墨烯的研究處于戰略層面。

英國投資5,000萬英鎊支持石墨烯的商業化后，投資2,150萬英鎊支持石墨烯的研究項目，促進石墨烯的商業化，并建立了國家石墨烯研究所，有望成為世界領先的石墨烯研究所。石墨烯研究開發中心。

2002—2013年間，美國國家自然科學基金資助了500個石墨烯項目，主要方向包括復合材料、石墨烯電子器件、CMOS晶體管、存儲器件研制、生物傳感器和石墨烯制備。美國國防部及其附屬機構美國國防高級研究計劃署(.seAdvancedResearchProjectsAgency)已經啟動了一些石墨烯研究項目，重點開發更輕、更小、更快和更高頻率的電子設備。阿迪奧頻率應用項目，投資2200萬美元。IBM開發石墨烯晶體管高達155GHz是發展碳電子射頻應用的一個里程碑。

2013年，密歇根理工大學成功研制出三維石墨烯電極，有望替代鉑電極用于太陽能應用，馬拉大學研制的新型石墨烯納米復合材料有望用作新型吸附劑。

同年，索尼公司采用改進的化學氣相沉積（CVD）方法制備了約120mm 230 mm的石墨烯薄膜，目標是透明導電。

中國也在加大對石墨烯產業發展的支持力度。新材料的第十二個五年計劃確定了石墨烯工業的發展方向。

目前，我國石墨烯的基礎研究比較突出，2007～2013年間，中國國家自然科學基金資助的石墨烯項目達到1096個。特別是2012-2013年，石墨烯項目數量急劇增加，重點項目包括：新型石墨烯的可見光響應、納米復合材料光催化處理有機污染物、新型碳基復合材料、可控制鈦酸鋰-石墨烯陽極材料以及電化學性能、高效率石墨烯／半導體納米結構異質結研究等。

2013年7月，在中國產學研合作促進會的支持下，多家機構組建了中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟。目前，中國石墨烯產業聯盟在無錫、青島、深圳、寧波等地建立了四個產業創新基地，在聯盟發起者中，除了一些大學研究機構外，還有許多上市公司。

從我國近兩年的專利申請情況來看，石墨烯的制備以及作為透明導電電極、晶體管半導體器件、傳感器和復合材料的研究成為熱點。這些也是石墨烯有望第一個工業化的領域，表明我國石墨烯工業處于第二階段，在生長階段，我國石墨烯的研究正在從實驗室向工業化過渡。

根據中國知識產權網的數據，截至2014年7月，中國石墨烯專利申請數量位居世界第一。然而，根據專利保護區的分布，美國、日本、韓國等世界主要國家d申請了石墨烯專利保護。雖然中國機構在專利申請數量上有優勢，但它們主要申請國內專利申請，很少保護國外的石墨烯專利。

石墨烯作為一種有前途的高科技材料，有望在半導體、光伏、鋰電池、航天、軍工、LED、觸摸屏等領域帶來一場材料革命。一旦實現工業化，預計石墨烯的市場規模將達到萬億元以上。

然而，從實際情況看，石墨烯產業化還有很長的路要走。石墨烯的生產工藝不穩定、生產成本高仍然是制約石墨烯產業化的主要因素，從制造技術的角度來看，目前工業上采用的方法各有優缺點，工業技術路線仍舊是走在石墨烯產業化道路上的。討論。

目前，國內外對石墨烯的研究主要由科研院所和高校的少數企業進行。研究力量相對分散。為了盡快實現石墨烯的產業化，必須通過工業、大學、科研之間的技術創新與合作，建立完整的石墨烯研究、生產和應用產業鏈，從而創造出一個公共科學水平。技術服務。平臺和測試平臺，優化研究和工業生產環境。

2013年初，中國科學院重慶研究所研制出國內首臺15英寸單層石墨烯和7英寸石墨烯觸摸屏，可應用于手機、電腦等電子產品。制備了r箔基片并成功地轉移到柔性PET基片和其他基片上。

上海南江集團和中國科學院重慶研究所共同推動了大型單層石墨烯產業化項目，初步投資2.67億元。盡快建成第一條生產線并投入生產，形成1000萬石墨烯生產能力。

2013年5月，常州二維碳技術、無錫格飛電子薄膜技術、深圳力和光電傳感器及江南石墨烯研究所宣布，國內首條年產30000平方米的石墨烯薄膜生產線投入運行。常州二維碳素科技率先將石墨烯薄膜應用于手機電容式觸摸屏，實現了4英寸石墨烯觸摸屏手機的小批量生產。ile手機觸摸屏，并計劃再籌集1億元人民幣，以擴大石墨烯手機觸摸屏的生產規模。

二維碳的核心技術是用CVD方法在銅襯底上生長石墨烯薄膜，將甲烷（和輔助氣體）送入反應器，在1000℃以上的高溫下加熱。甲烷的烴類鍵斷裂。碳原子在金屬催化劑上形成晶核，從而形成多晶膜。

關于上市公司，中國寶安（000009）貝塔利公司于2011年11月完成了石墨烯中試線的建設并投入生產。目前，公司對石墨烯的研究方向主要集中在負極材料領域。

新型烯烴-碳材料(000511)于2013年完成從房地產業向石墨烯等新材料產業的戰略轉型，實現了新型烯烴-碳材料的產業鏈整體布局。y群，公司的產品包括資源、應用和技術前沿產品。2013年，公司完成了戰略布局：海城三巖礦業有限公司40%的股權，奧宇集團有限公司51%的股權，黑龍江牡丹江農業墾區51%的股權。鰲宇石墨深加工有限公司；投資連云港（601008）利港稀土工業有限公司，基本完成石墨碳、耐火碳和活性碳的生產。基本產品布局為性碳。

早在2011年6月，金鹿集團（000510）就與中國科學院金屬研究所簽訂了技術開發合同。雙方將合作研究開發石墨烯材料及其應用技術和產業化技術。金屬研究所負責具體的研究和開發工作，并提供工業化可行性報告。公司負責提供研發資金和組織。相關團隊致力于產業化和市場開發。公司正在開發石墨烯透明導電薄膜、石墨烯基三維網絡散熱材料、石墨烯基。在石墨烯透明導電膜方面，金屬研究所可以制備4英寸的石墨烯透明導電膜。

2014年3月，金鹿集團發布公告稱，公司與金屬研究所的合作主要包括石墨烯散熱材料的研發、石墨烯功能涂層、石墨烯復合材料的制備和應用技術。ials，石墨烯材料在電池中的應用技術研究與開發，以及石墨烯三維網絡材料的應用技術研究與開發。2014年度研發計劃包括石墨烯在鋰離子電池、鋰離子電池中的應用。ULFRE電池、導電油墨和防腐涂料。

中泰化工（002092）持有廈門凱納石墨烯技術有限公司35%的股份。廈門凱納于2006年開始石墨烯技術的研究開發，并于2010年5月正式注冊。成為國內首家專業從事石墨烯研發的企業，率先在國內外提供高品質的石墨烯相關產品。

7月15日，中泰化學公司公布了廈門凱納石墨烯技術有限公司最新研發進展。根據廈門凱納化工項目組和中泰化工項目組的研發工作計劃，項目組的技術研發人員最近已進入研發階段。公司實驗基地開展了石墨烯和PVC聚合相關實驗，實驗工作按計劃進行。廈門凱娜已向國家知識產權局申請17項發明專利，其中4項獲得發明專利，1項實用新型。DEL專利。

近日，康德信（002450）宣布，公司擬在張家港設立康德信石墨烯應用技術，注冊資金1億元，為康德信的全資子公司。新材料技術、石墨烯相關產品的研發、生產和銷售等。然而，公司表示，石墨烯相關業務仍處于引進和投資階段，尚未對公司的經營產生實質性影響。性能。

來自美國、英國、法國、德國、西班牙、意大利、日本和韓國的世界領先的石墨烯科學家和企業家專家，包括歐洲旗艦項目協調員和旗艦項目工業化項目負責人石墨烯的N有望復蘇。

隨著66個新伙伴的加入，歐洲最大的研發項目之一——旗艦石墨烯項目規模將翻番，這將進一步增強該項目的科技實力。

解決石墨資源配置問題，而不是一刀切地限制礦石資源配置，首先要控制開采過程，整合開采權。其次，要合理配置礦產資源，使深加工企業能夠利用礦產資源，合理限制產能過剩的初級產品的生產和出口。

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