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行業新聞

材料之王,從硅時代邁向石墨烯時代

分類  行業新聞    發布時間:  2018/05/12

2004 年,石墨烯首次發現,被稱為“材料之王”,2010 年獲得諾貝爾物理學獎,2025 年將達到千億市場規模,21世紀,人類將從硅時代全面邁向石墨烯時代。


一、市場廣闊大有可為

1. 材料之王 


2004 年,曼徹斯特大學的 AndreGeim 安德烈·蓋姆和 Konstantin Novoselov 康斯坦丁·諾沃肖洛夫用微機械剝離法成功分離出穩定的單層石墨烯,顛覆了凝聚態物理學界既往的二維材料不能在有限溫度下存在的觀點,被授予 2010 年諾貝爾物理獎。 

石墨烯 Graphene 是一種由碳原子以 sp2 雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的單層二維碳納米材料,這種穩定二維蜂巢狀晶格結構賦予了石墨烯力學、光學、電學和微觀量子性質等極為優異的性能,被稱為“材料之王”。 

石墨烯是碳的各種形態中的基本結構,可以從石墨烯成功制備出如富勒烯、碳納米管,彈道晶體管等其他碳素新材料,石墨烯也因此被稱為“碳材料之母”。 

單層石墨烯屬于二維晶體,由于二維晶體具有熱力學不穩定性,所以其附帶褶皺(褶皺是二維石墨烯存在的必要條件)。

一般認為石墨烯是一種拓撲絕緣體,內部絕緣、表面導電,是一種不同于導體和絕緣體的新的凝聚態。 

2. 市場廣闊 

石墨烯作為基礎材料,下游應用領域極為廣闊,目前已知的應用領域包括半導體電子器件、能源、汽車、環保、醫療等等。 

3. 石墨烯時代 

基于以上分析,我們認為,21世紀,人類將從硅時代全面邁向石墨烯時代。 

4. 產業政策

全球支持政策 

中國支持政策

5. 千億市場規模

石墨烯作為工業添加劑,材料本身市場規模并不大,各機構預測到 2020 年石墨烯材料本身市場規模在 1.5-3 億美元之間,并在 2015-2020 年期間保持 40% 以上增速。 

但石墨烯作為基礎材料,下游應用領域極為廣闊,美國 BCC Research 預測,2018 年全球石墨烯整體市場規??赡芨哌_ 1.95 億美元,2023年石墨烯應用規模將達到 13.43 億美元,復合增長率 47%。 

《中國制造 2025》明確了石墨烯發展目標,2020 年“規模制備及電化學儲能、印刷電子、航空航天用輕質高強復合材料、海洋工程防腐等應用領域的技術水平達國際領先,大幅提升相關產品性能,形成百億元產業規模,2025 年突破石墨烯在電子信息領域應用的技術瓶頸,整體產業規模突破千億。


二、技術有待成熟


6. 技術成熟曲線

7. 石墨烯分類 

石墨烯按層數分類,其可分為:單層石墨烯、雙層石墨烯和少層石墨烯。石墨烯層數超過 10 層后,性質接近薄層體石墨。 

石墨烯按產品形態可分為石墨烯薄膜、粉體/微片。

8. 石墨烯特性

單層石墨烯厚度只有0.335 納米,是頭發直徑的二十萬分之一。

楊氏模量、泊松比和抗拉伸強度分別反映了材料的抗形變、彈性和抗斷裂的能力。楊氏模量達到 1 TPa,與單壁碳納米管相當;強度約為 180 GPa,是普通鋼材的 100 倍;韌性是碳纖維的 20 倍;抗拉強度超過 125 GPa;硬度超過鉆石。 

石墨烯作為理想二維晶體材料,電子運動速度達到光速的1/300,電導率可達 10^6