石墨烯產(chǎn)業(yè)概況

石墨烯產(chǎn)業(yè)概況石墨烯從組成上來看是非常普通的，就和我們寫字用的鉛筆、烤火用的碳一樣，是一種碳材料。但是因為獨特的原子排列一一以六角型蜂巢結(jié)構(gòu)周期性緊密排列而成的二維平面一一又注定了石墨烯的不平凡，這一結(jié)構(gòu)賦予了石墨烯很多出眾的性能。石墨烯是至今發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電性能最好的一種新型納米材料。比如，石墨烯的厚度僅一個碳原子層厚度，約 0.335nm；他的熱導(dǎo)率高達5300W/m?k，比銅的熱導(dǎo)率還高上10倍以上；他的強度高達130GPa，將近鋼的100倍；其在室溫下的載流子遷移率約為15000cm2/（V?s），超過了硅材料的10倍，在銻化銦（InSb）的兩倍以上，且受溫度影響很??；單層石墨烯幾乎完全透明，透明度達到97%以上。就是這些超群的性能，使石墨烯一度被冠以“新材料之王”、“黑金”等美譽。石墨烯展現(xiàn)了在新能源、功能材料、電子信息、節(jié)能環(huán)保、生物健康、航空航天等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力，被認為是開創(chuàng)超級計算機時代、改變世界的下一個萬億級產(chǎn)業(yè)。鑒于此，全球積極布局石墨烯產(chǎn)業(yè)，將其提升至戰(zhàn)略高度，投入巨資大力研發(fā)，角力石墨烯研究領(lǐng)域。石墨烯作為一種新材料與其他新材料，如納米材料一樣在應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)進程非常緩慢。但是，經(jīng)過世界各地、各領(lǐng)域?qū)＜沂嗄甑淖巫闻?、全力攻克，還是取得了較為顯著的成就。石墨烯產(chǎn)業(yè)目前的細分產(chǎn)品主要是石墨烯粉體和石墨烯薄膜。其中，石墨烯粉體材料制備工藝表現(xiàn)為類化工生產(chǎn)線的特點，現(xiàn)今已能百噸級制備石墨烯。石墨烯粉體材料以添加劑的形式提升產(chǎn)品性能，主要應(yīng)用方向包括防腐涂料、鋰電池、超級電容、導(dǎo)熱塑料、消費電子散熱片等行業(yè)。石墨烯粉體在這些領(lǐng)域以添加劑的形式與傳統(tǒng)產(chǎn)品混合，結(jié)合石墨烯特殊的物理化學(xué)特性生產(chǎn)具備更多功能、更高性能的新產(chǎn)品。而石墨烯薄膜，可以應(yīng)用在導(dǎo)熱膜上，發(fā)揮其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，用于智能手機、平板電腦等設(shè)備的散熱層；或利用石墨烯的導(dǎo)電透光以及高度柔性，可以用來制作柔性顯示屏、可穿戴設(shè)備等。石墨烯巨大的比表面積以及優(yōu)異的電子傳輸性能，使得傳感器領(lǐng)域成為石墨烯薄膜的一大目標(biāo)市場；此外，石墨烯對硅的替代有望帶來半導(dǎo)體領(lǐng)域顛覆性的革命，成為下一代集成電路、超級計算機的基礎(chǔ)材料。截至2020年，石墨烯已經(jīng)實現(xiàn)較為成熟應(yīng)用的方向主要有以下四個：（1） 在新能源領(lǐng)域石墨烯粉末作為導(dǎo)電添加劑大幅提升電池、超級電容器的能量密度;（2） 在功能材料領(lǐng)域石墨烯粉末與傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料復(fù)合大幅提升材料的導(dǎo)熱、散熱性能；（3） 在功能材料領(lǐng)域石墨烯粉末作為功能添加劑賦予纖維以遠紅外發(fā)射、抗菌抑菌、防紫外等性能；（4） 在大健康領(lǐng)域石墨烯薄膜作為發(fā)熱組件帶來溫暖的同時賦予產(chǎn)品以紅外理療功能。同時，石墨烯的在不同材料/產(chǎn)品上的成功應(yīng)用，將有效提升相關(guān)產(chǎn)品的功能性、突破行業(yè)發(fā)展瓶頸、創(chuàng)造業(yè)績新高度。例如：鋰電池在能量密度、續(xù)航里程上完敗鉛酸電池，理應(yīng)是電動自行車、電動乘用車等的首選，但是在二次電池中鉛酸電池的市場份額始終處于首位，究其原因，是因為鋰電池的安全性、穩(wěn)定性始終無法追上鉛酸電池。寧波富理電池材料科技有限公司研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯在電極材料中除了可以作為導(dǎo)電添加劑提升電池的能量密度外，還可以通過特殊工藝對電極材料形成如糖衣一樣的包裹，通過該種形式的包裹，可以有效阻止鋰電池在充放電過程中鋰的枝晶化及其他副反應(yīng)，提升鋰電池循環(huán)性能的同時還有效解決鋰電池的安全性問題。寧波墨西科技有限公司研究發(fā)現(xiàn)，通過在正極鋁基集流體、負極銅基集流體上涂布一層石墨烯薄層，可以有效提升電池材料在集流體基材上的附著力，大幅提升電池倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能。隨著這兩項技術(shù)的成熟穩(wěn)定，將有效解決鋰電池的上述問題，實現(xiàn)鋰電池市場規(guī)模質(zhì)的飛躍，從而帶動鋁、銅等鋰電池組成材料以及電動自行車、電動汽車等鋰電池應(yīng)用相關(guān)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。高分子領(lǐng)域經(jīng)過幾十年的發(fā)展，無論是塑料行業(yè)、纖維行業(yè)還是橡膠行業(yè)，均幾近飽和狀態(tài)，進一步發(fā)展乏力，一個合適的發(fā)力點，提升產(chǎn)品的性價比，才能提升產(chǎn)品競爭力，使企業(yè)進入一個新的發(fā)展區(qū)間。對于纖維行業(yè)，濟南圣泉集團股份有限公司通過研究發(fā)現(xiàn)，利用石墨烯改性的紡織纖維具有抗菌、抗螨蟲、低溫遠紅外發(fā)熱等功能，該項技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用轉(zhuǎn)化后，產(chǎn)品獲得熱銷。青島藍灣烯碳材料科技有限責(zé)任公司研究發(fā)現(xiàn)，在橡膠中添加石墨烯可以大幅提升橡膠的耐磨性能，對輪胎的表層橡膠使用石墨烯改性橡膠，可以延長輪胎25%的壽命，這對工程用車來說是非常具有吸引力的。電纜線幾乎算是一個標(biāo)準(zhǔn)品了，市場已經(jīng)相當(dāng)成熟，提升利潤的空間非常有限。而石墨烯是改變這一現(xiàn)狀，促使電纜行業(yè)進入新一輪發(fā)展的潛力股。眾所周知，石墨烯是至今發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電性能最好、電子載流量最高的二維納米材料，電流具有趨膚效應(yīng)。如果可以開發(fā)一種新工藝使電纜線表面生長一層石墨烯，這樣，負載有石墨烯的表層可以承載更多的載流量，也就是說，經(jīng)石墨烯改性的電纜，可以用更小的截面積承載相同的電流。經(jīng)石墨烯改性的電纜可以有效縮減銅材料成本，還會因重量減輕而造成施工難度下降。雖然石墨烯在各行各業(yè)均具有不容小覷的應(yīng)用潛力，石墨烯產(chǎn)業(yè)也進行了十余年的探索與發(fā)展，但是中國石墨烯行業(yè)僅處于市場導(dǎo)入期，產(chǎn)品尚未成熟，行業(yè)利潤率較低。然后，石墨烯行業(yè)的市場增長率較高，且專家預(yù)計石墨烯產(chǎn)業(yè)2020年會進入快速成長期，隨著石墨烯技術(shù)的不斷突破和下游應(yīng)用的不斷成熟，將進一步促進和推動著石墨烯的應(yīng)用發(fā)展及市場規(guī)模擴大，尤其在較為成熟的新能源、散熱材料、防腐涂料等領(lǐng)域。據(jù)不完全預(yù)測，2020年石墨烯的需求量在2