本单位完成《石墨烯市场数据深度调研与发展趋势分析报告》编制工作

  全球石墨烯市场可以分为两大类:即氧化石墨烯(GO)、石墨烯纳米片(GNP)和其他。其他类型的石墨烯包括碳化硅石墨烯、还原氧化石墨烯(rGO)等,每一种类型都有不同的特点和用途。其中,氧化石墨烯在全球市场中份额最高,紧接着是石墨烯纳米片。

  氧化石墨烯是石墨烯的一种氧化形式,以粉末形式存在。当沉积在任意基板之后,氧化石墨烯可以转换为导体,从而可以制作导电膜、传感传感器、柔性电子设备和触屏等。低廉的成本和制作简单的特点使得氧化石墨烯是一种更受瞩目的石墨烯类型,氧化石墨烯的很多物理特性(例如拉伸强度、高弹性、良好的导电性等)使得其在很多领域都有很重要的应用,如医药、生物传感器、疾病检测、高分子材料、电池中的电子材料和纳米滤膜等。

  和其他石墨烯类型相比,氧化石墨烯因为生产价格低廉因而在全球石墨烯市场中成长最快。随着对环保、稳定、无毒和柔性碳材料的需求的增长,石墨烯制造商在研发领域的投入也增加,以期能够生产出符合需求的石墨烯。

  石墨烯是由碳原子紧密堆积而成的二维晶体,是目前已知的最薄也最坚硬的纳米材料,具有超薄、超轻、超柔韧、超高强度、超强导电性、优异的导热和透光性等特性,集透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等多种优异性能于一身,在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等诸多领域有着广阔而巨大的应用潜能, 是主导未来高科技竞争的超级材料,被称为“黑金”、“新材料之王”。

  石墨烯作为一种新型的二维纳米材料,因其优异的性能在电子信息、新材料、新能源、生物医药、环境保护等诸多领域具有巨大的应用潜能和革命性变革,世界各国和跨国企业纷纷投入巨资加强石墨烯的研发、生产和应用,以期抢占产业制高点。

  由于石墨烯在能源、材料等各大领域都具有巨大的应用潜力,世界各国对石墨烯都给予了很高的关注。近年来,随着石墨烯产业化方向的逐渐清晰,美国、欧盟、日本、韩国等许多国家和地区都进行了一系列相关研究,支持了许多项目,对推动石墨烯产业发展做出了战略部署。

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  我国在石墨烯产业化方面是具备一定优势的,应用于电池材料、功能涂料、导电油墨和散热膜的石墨烯产品均已经实现量产。我国石墨烯导电浆液、功能涂料等具备一定的产能,但存在下游市场尚未完全打开的问题:产品需求不足,生产线效益有限。目前能够量产的石墨烯触控屏为5.5英寸,适用于手机屏幕,江南设计院称其有约10万片/年的产能,而全年手机产量在十亿台数量级。此外,目前我国石墨烯产品大部分为少层或多层石墨烯混合产品,高质量的单层石墨烯膜产品研发制备不足,主要依靠进口,石墨烯复合材料、石墨烯二次电池和石墨烯电子元件的应用研发也尚处技术攻关阶段。综上,石墨烯产业发展需要资金的支持和方向性的引导,以防错失先发优势。

  根据先略咨询发布的《石墨烯市场数据深度调研与发展趋势分析报告》显示我国在石墨烯产业化方面是具备一定优势的,应用于电池材料、功能涂料、导电油墨和散热膜的石墨烯产品均已经实现量产。我国石墨烯导电浆液、功能涂料等具备一定的产能。

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  受制于石墨烯的规模化制备,目前仅导电墨水、锂电池添加剂、涂料及复合材料添加剂、触摸屏等低端应用领域的需求初步打开。

  (1)锂电池方面应用

  石墨烯作为导电添加剂还可以解决钴酸锂等正极材料高压实比与电池性能之间的矛盾问题,采用石墨烯导电剂的钴酸锂电池容量高出3%,且具有明显更好的2C倍率放电性能。石墨烯还可涂覆在铝箔集流体上,形成石墨烯功能涂层铝箔有助于进一步提升锂电池的综合性能。随着宁波墨西科技有限公司石墨烯涂层铝箔试生产线的建成,此项新技术有望在锂离子电池中得到广泛应用。值得一提的是,作为添加剂,石墨烯仅仅增强了正极材料的导电性,并没有改变电极材料的比容量,因而不会大幅增加锂电池的能量密度。要想大幅增加锂电池能量密度,需选取具有更高比容量的电极材料。目前,多篇已发表论文称利用石墨烯-硫或石墨烯-硅作为锂电池的正负极可大大增加锂电池的能量密度,但此类电池目前还处于实验室阶段,距离产业化应用还需较长时间。

  (2)石墨烯导热材料

  石墨烯具有极高的热导率和热辐射系数,同时比表面积巨大,因此作为辅助散热的表面涂层具有巨大的应用前景。利用石墨烯可制成具有高导热系数的石墨烯散热片/膜,应用于手机、电脑等电子产品以及高功率LED芯片中,以增强器件性能,延长其工作寿命。此外,作为添加剂还可利用石墨烯制成石墨烯改性的复合材料,如热导纤维和导热塑料等。该技术领域市场巨大,在我国的电子和工程领域有迫切的市场需求,技术难度小、工艺相对成熟,有快速进入市场的机会。

  (3)石墨烯导电塑料和油墨

  石墨烯可作为新型导电油墨和塑料的主填充料,也可与纳米银粉等混合配制成新型导电浆料或油墨,通过改变石墨烯的填充比例,可调节导电油墨的电阻率和附着性能。美国Vorbek材料公司的石墨烯导电油墨已经在物联网隐形条形码技术中开始应用。我国物联网市场巨大,前景诱人,以添加石墨烯为主的导电塑料可以在防静电应用领域得到大力推广,工艺简便、成本低廉、效果明显。

  (4)石墨烯防腐涂料

  石墨烯独特的二维结构使得它既可以在涂层中构建导电导热通道,又可以互相拼接形成严密的迷宫式物理屏障,隔绝腐蚀因子。因此,石墨烯涂料具有导电、导热、防腐、电磁屏蔽等多种功能。另外,石墨烯微片可以增强涂层的附着力,使涂层具有优良的耐磨和耐刮擦性能。因此,石墨烯涂料在飞机、船舶、车辆、桥梁、建筑物、集装箱、油罐、等领域具有应用前景。

  (5)石墨烯电容屏

  石墨烯薄膜最先实现商业化应用的领域是触摸屏领域,用于替代传统的ITO(氧化铟锡)薄膜。2012年1月8日,江南石墨烯研究院、常州二维碳素科技公司联合相关企业通过研究实现了石墨烯薄膜材料和现有ITO模组工艺线的对接,全球首次成功制成石墨烯电容屏手机样机。2015年3月2日,重庆墨希科技有限公司与嘉乐派科技有限公司联合发布了全球首批3万部石墨烯手机,该款手机采用了最新研制的石墨烯触摸屏、电池和导热膜,开启了石墨烯产业化应用的新时代。







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