中國(guó)粉體網(wǎng)訊 石墨烯是一種碳基新材料，有良好的光、電、熱、力性能，在電子信息、新材料、新能源、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域顯現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。
石墨烯千億風(fēng)口待啟
目前，全球已有80多個(gè)國(guó)家投入石墨烯材料的研發(fā)，美、英、韓、日、歐等將石墨烯研究提升至戰(zhàn)略高度，期待它帶來巨大市場(chǎng)價(jià)值。
日前，工信部、發(fā)改委、科技部、財(cái)政部近期聯(lián)合印發(fā)《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》，明確提出大力發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)。多數(shù)市場(chǎng)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，一旦石墨烯的制備技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，其潛在市場(chǎng)巨大，將給多個(gè)行業(yè)帶來顛覆性的改變，相關(guān)市場(chǎng)規(guī)模有望快速增長(zhǎng)。公開數(shù)據(jù)顯示，目前全球石墨烯年產(chǎn)能已達(dá)到百噸級(jí)，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，未來五年到十年，石墨烯年產(chǎn)能將達(dá)到千噸級(jí)。預(yù)計(jì)到2020年達(dá)到千億之巨。
中科院院士劉忠范認(rèn)為，在目前的石墨烯研發(fā)基礎(chǔ)上，未來石墨烯產(chǎn)業(yè)將在三個(gè)領(lǐng)域有重大作為。第一種是類似碳纖維的石墨烯材料，將廣泛應(yīng)用于航空航天等高端裝備制造業(yè)；第二種是類似于塑料的石墨烯材料，將廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中，甚至可能在未來成為像塑料一樣普遍的材料；第三種是類似硅材料的石墨烯材料，將廣泛應(yīng)用于集成電路領(lǐng)域，有望大大加速集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而推進(jìn)整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的再次產(chǎn)業(yè)革命。
電子行業(yè)或?qū)⒊墒┳畲髴?yīng)用市場(chǎng)
石墨烯的電子應(yīng)用精彩紛呈。目前，許多專業(yè)的石墨烯生產(chǎn)商致力于置換石墨烯材料進(jìn)入現(xiàn)有的電子材料體系。比如用石墨烯來替代ITO（Indium tin oxide，氧化銦錫）、活性炭、銀漿等材料，來開發(fā)具有更高性價(jià)比的電子產(chǎn)品。
石墨烯的電子應(yīng)用，哪些將勝出？
壹行研從技術(shù)成熟度和成本下降潛力這兩個(gè)主要的指標(biāo)對(duì)未來五到十年最可能大規(guī)模應(yīng)用的九個(gè)石墨烯電子應(yīng)用做了全面的評(píng)估。這九大石墨烯電子應(yīng)用分別是導(dǎo)電漿料及油墨、散熱器件、射頻識(shí)別及智能包裝、電磁干擾屏蔽及靜電放電保護(hù)、觸控屏和應(yīng)變感應(yīng)傳感器、其他傳感器、大尺寸透明導(dǎo)電膜/顯示屏、場(chǎng)效應(yīng)晶體管/單電子晶體管、集成電路芯片/中央處理器等。
圖一 石墨烯材料電子行業(yè)應(yīng)用前景分析
如圖一所示，其中技術(shù)成熟度分值越高表示該石墨烯應(yīng)用從技術(shù)層面更加成熟，1分是處于早期實(shí)驗(yàn)室研究階段，最高5分是已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)推廣階段；成本下降潛力代表相關(guān)石墨烯應(yīng)用在成本方面的可行性，1分表示該應(yīng)用領(lǐng)域使用石墨烯后成本不但沒有下降空間而且還有大幅上升，10分則表示使用石墨烯后該應(yīng)用領(lǐng)域可以產(chǎn)生成本下降的空間，得分越高表示該領(lǐng)域應(yīng)用石墨烯在成本上有優(yōu)勢(shì)。因此，技術(shù)成熟度得分越高且成本下降潛力分值越高的應(yīng)用領(lǐng)域越比較容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，反之，如果這兩個(gè)指標(biāo)值都很低，則表示該石墨烯應(yīng)用還處于技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段，在成本上也不具有優(yōu)勢(shì)，因而離大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用還有很長(zhǎng)的距離。
從圖一可以看出，由石墨烯微片材料制成的導(dǎo)電漿料及油墨的成本下降潛力最大而且具有較高的技術(shù)成熟度，是目前最具經(jīng)濟(jì)可行性的應(yīng)用。另一方面，石墨烯輔助的散熱器件在替代傳統(tǒng)散熱材料如金屬材料及活性炭等的情況下少許增加成本，但是石墨烯的添加有助于大幅度改善散熱性能，同時(shí)也延長(zhǎng)了電子器件的壽命。在這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中對(duì)產(chǎn)品性能的改善以及增強(qiáng)電子元件在嚴(yán)苛環(huán)境的適應(yīng)性足以抵消使用石墨烯帶來的額外增加的成本，所以可以預(yù)期在高端電子產(chǎn)品市場(chǎng)能形成大批量出貨。壹行研估計(jì)五年內(nèi)石墨烯在上述兩個(gè)電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的可能性很大。
其次，石墨烯材料在觸控屏和應(yīng)變感應(yīng)傳感器、電磁干擾屏蔽/靜電放電保護(hù)、射頻識(shí)別及智能包裝的應(yīng)用技術(shù)成熟度等的得分也比較高。這些應(yīng)用雖然陸續(xù)進(jìn)入了市場(chǎng)導(dǎo)入期，但是均存在制約大規(guī)模商用的瓶頸。比如相對(duì)現(xiàn)有的其他材料體系優(yōu)勢(shì)不夠明確，下游應(yīng)用市場(chǎng)的成熟度不夠，等等。壹行研認(rèn)為，石墨烯在這些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用在短期內(nèi)比較困難，但在中長(zhǎng)期（五到十年）內(nèi)則有較大的可能。
再次，石墨烯薄膜應(yīng)用的領(lǐng)域，包括大尺寸透明導(dǎo)電膜和顯示屏、其他傳感器、及邏輯器件和集成電路等其他電子應(yīng)用的技術(shù)成熟度和成本下降潛力得分均較低，很多仍停留在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)和測(cè)試階段。在石墨烯膜方面，生產(chǎn)可控?fù)诫s原子且晶格缺陷較少（完美晶型）的石墨烯薄膜仍然存在較高的技術(shù)壁壘，且大量生產(chǎn)時(shí)不同批次的產(chǎn)品質(zhì)量存在較大差異，因而導(dǎo)致大尺寸透明導(dǎo)電膜成本高企。從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，預(yù)期五到十年內(nèi)石墨烯材料在以上這些應(yīng)用領(lǐng)域大規(guī)模商用的可能性較小。不過，鑒于石墨烯薄膜電子器件的一些特殊性能，這些領(lǐng)域內(nèi)的一些高價(jià)格的石墨烯器件有希望占領(lǐng)體量較小的高端細(xì)分市場(chǎng)，雖然其整體市場(chǎng)滲透率不會(huì)很高。
綜上所述，石墨烯的研發(fā)受到各國(guó)政府、跨國(guó)公司和研究機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)關(guān)注。目前，電子是石墨烯的最大應(yīng)用領(lǐng)域，壹行研預(yù)計(jì)電子在未來五年內(nèi)將會(huì)保持最大石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域的地位。在眾多的電子類石墨烯應(yīng)用中，石墨烯導(dǎo)電漿料和油墨和石墨烯輔助散熱器件的技術(shù)成熟度最高，成本下降潛力最大，因而在五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)出貨的可能性最大。
