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2018年全球石墨烯九大发展趋势 产业标准化热潮兴起

2018-06-13 15:58:32 已读

这九大趋势分别对未来石墨烯制备、行业政策与相关投资、价格走势、以及石墨烯在先进电子、储能、复合材料等各大主要应用领域的发展趋势做了展望。


  

领先的新技术行业研究公司壹行研(Innova Research)在总结2017年初出版的《2017年全球石墨烯七大趋势》的基础上,最新公布了2018全球石墨烯九大趋势。这九大趋势分别对未来石墨烯制备、行业政策与相关投资、价格走势、以及石墨烯在先进电子、储能、复合材料等各大主要应用领域的发展趋势做了展望。
  
  趋势一:石墨烯制备技术不断突破
  
  石墨烯制备技术不断突破。美国能源部旗下的阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)新开发了一个应用金刚石衬底材料通过超高速化学气相沉积(CVD)法制备单晶石墨烯的技术,这个技术可以大大降低石墨烯膜的成本。在中国,北京大学和香港理工大学合作通过改进化学气相沉积法来有效提高石墨烯单晶膜的生长速度。最近,更有日本研究者开发了低温CVD方法直接将石墨烯生长在塑料或者二氧化硅基底上,来避免单晶膜转移时可能受到的损伤。预计2018年会有更新颖的石墨烯制备技术出现。石墨烯产品良率进一步提高、制备成本进一步下降是大趋势。
  
  趋势二:石墨烯原料呈现多样化
  
  石墨烯粉体制备通常以石墨为原料。不过,石墨烯原料开始呈现多样化的趋势。除了常规的石墨原料外,新开发的石墨烯微片的制备原料多种多样,其中甚至包括大豆油、废弃生物质等原料。石墨烯原料多样化有望提高原料的可获得性,降低原料成本,从而进一步降低石墨烯材料的价格。
  
  趋势三:石墨烯产业标准化热潮兴起
  
  2017年10月,由英国国家物理实验室(NPL)领导制定的世界上第一个ISO石墨烯标准出版。该标准定义了用于描述不同形式的石墨烯和相关2D材料的术语,并为石墨烯的测试和验证提供了可执行的依据和标准。同期,领先的英国石墨烯公司Directa Plus和意大利的University of Insubria也主导制定了一个石墨烯生产标准流程。在中国,2017年2月中国石墨烯国家标准提案立项研讨会在无锡石墨烯产业发展示范区召开,国内的石墨烯专家们就石墨烯检测与表征、通用基础、安全、产品等46项标准立项提案进行了探讨。
  
  趋势四:各国在石墨烯领域的投资热情持续高涨
  
  各国针对石墨烯研发和产业化的投资以及扶持政策不断升级。除了中国在十三五计划等国家级规划中一再确认石墨烯的战略新兴材料的地位,并对石墨烯引导基金等的持续投入外,很多国外政府、知名产业公司和基金也对石墨烯技术关注有加。
  
  比较有影响力的机构和投资项目包括阿联酋的阿布扎比未来能源(AbuDhabi Future Energy Company, Masdar),英国的高等教育研究合作基金(Higher Education Funding Council for England's UK Research Partnership Investment Fund, UKRPIF)以及创新英国(Innovate UK)耗资6000万英镑在曼彻斯特建设的石墨烯工程创新中心(Graphene Engineering Innovation Centre,GEIC)。这个石墨烯工程创新中心预计在2018年开始运营。
  
  随着石墨烯应用和产业化的不断拓展,各国政府、研究与投资机构在2018年对石墨烯领域支持政策以及相关的资金投入将会有增无减。
  
  趋势五:石墨烯市场竞争激烈,价格持续走低
  
  随着石墨烯产能的持续扩张,价格竞争趋于激烈,石墨烯价格(特别是石墨烯粉体的价格)呈现连续下降的趋势。
  
  在中国,有些物理法制备的石墨烯微片产品的价格已经降至几元至几十元人民币一公斤。在全球市场,加拿大的NanoXplore也宣称要以10美元一公斤的价推广高品质寡层石墨烯粉体来抢占市场。 石墨烯价格下降的趋势在2018年将得以延续。随着石墨烯制备技术的进一步完善、原料的多样化和原料价格的下降、以及制备成本的进一步降低,石墨烯材料降价的趋势可能会从目前的中低端石墨烯材料延伸至高端石墨烯材料。
  
  无论是石墨烯膜还是石墨烯微片的价格都将会进一步降低。在石墨烯膜方面,小尺寸的石墨烯膜价格下降比较快,而大尺寸的石墨烯薄膜还是稀缺产品,因此价格下降速度较慢。另一方面,石墨烯微片(粉体)的价格将持续回落。
  
  趋势六:石墨烯在中央处理器和芯片等核心电子元件的应用研发将获得进一步推动
  
  石墨烯在电子方面的应用日益普及。其中,石墨烯导电油墨和基于石墨烯的射频标签(RFID)在消费电子和其他电子产品市场崭露头角。未来基于石墨烯的电磁干扰屏蔽/静电保护元器件等技术也将会日益成熟。另外,石墨烯在中央处理器和芯片上的应用受到众多计算机和电子业巨头的重点关注,其未来的研发过程将得到这些巨头进一步的推动。
  
  电子是石墨烯最大的应用领域。 2017年,除了石墨烯射频标签(RFID)、石墨烯的电磁干扰屏蔽/静电保护(EMI/ESD)元器件等应用,市场上出现了更多的石墨烯电子产品。石墨烯在各个电子细分市场上的拓展进一步深入。
  
  趋势七:虽然石墨烯电池仍遥遥无期,但是石墨烯在储能领域的一些其他应用获得突破
  
  真正意义上的石墨烯电池的研发很难获得突破,真正以石墨烯或石墨烯复合材料为电极的石墨烯电池的研发仍然还有很长的一段路要走。但是以石墨烯做散热材料的锂离子电池已经获得一定的突破。
  
  储能是石墨烯应用的三大领域之一,除了石墨烯材料在导电液中的应用外,石墨烯材料的应用范围也扩大到锂离子电池电极保护和电极本身。目前,石墨烯在储能领域的典型应用案例包括华为研究院的石墨烯电池保护材料和加拿大的Grafoid推出的一款用于新一代锂离子电池电极保护的石墨烯复合材料惰性膜。
  
  2017年,加拿大的Saint Jean Carbon还发布了高纯度石墨烯应用于阳极的锂离子电池,其测试电学性能优于传统的石墨阳极电池。2018年石墨烯材料在储能领域的应用将进一步拓展。并可能在包括太阳能电池在内的其他储能产品上获得突破。
  
  趋势八:石墨烯防腐涂料和石墨烯纺织品值得关注
  
  2018年,在石墨烯复合材料领域,值得持续关注的是石墨烯防腐涂料和石墨烯纺织品。目前,石墨烯材料在纺织物上的应用开始商业化。相关案例包括全球石墨烯行业领头企业Directa Plus和Colmar合作推出的石墨烯增强纤维的滑雪夹克。在中国,南通强生凯瑞纳的防火纺织物、深圳烯旺科技的石墨烯发热智能服饰及家纺产品也受到关注。
  
  石墨烯防腐涂料已经实现批量出货。随着石墨烯价格的下降,石墨烯涂料会从现在的高端涂料市场向中端涂料市场渗透,从而进一步确认石墨烯涂料在石墨烯复合材料中的领先地位。石墨烯防腐涂料和石墨烯纺织品应用值得关注。
  
  趋势九:石墨烯在汽车上的应用开始落地
  
  石墨烯在汽车上的应用开始落地。2017年,英国的石墨烯公司Haydale与定制超跑制造商BAC合作开发的BAC Mono石墨烯增强跑车在2017世界移动大会亮相。另外,Fisker宣布在Fisker Emotion电动汽车上采用石墨烯电解液的固态电池以实现高速充电。2018年,我们将会看到更多的石墨烯材料在轻量化车身结构复合材料、车用传感器、抗冲击和散热器件,以及动力电池等产品中得到应用。这些车用石墨烯产品的商业化潜力可能在未来几年慢慢显现。
  
  石墨烯产业链布局将更加完善,一方面,企业在高端应用领域布局,进一步完善产业链,另一方面,产业联盟和创新平台的不断建设,对于整合石墨烯上下游资源发挥了重要作用。
  
  随着石墨烯优异性能和潜在价值的逐步挖掘,应用产业也不断涌现,一方面利用石墨烯的超高强度、优良的导热性对传统材料进行改性,提升传统材料的性能,如防腐涂料、改性纤维、改性橡胶、改性塑料等;另一方面利用石墨烯的超薄、超轻、透明、可折叠和优良的导电性,开发出新的高科技产品,如柔性可弯曲屏手机、传感器、储能材料等。
  
  “石墨烯未来的发展充满变数,发展大规模应用是关键。随着石墨烯价格的下降,石墨烯在先进电子、复合材料、储能等应用领域的发展将会加快,率先规模出货的应用也将被进一步确立。由于石墨烯应用的开发需要石墨烯供应商与下游产品生产商工业开发,成功地锁定并专注于那些规模应用的专业石墨烯供应商将更容易胜出。另外,未来石墨烯国家和工业标准的出台将对石墨烯行业的发展起到积极的作用。”

  关键词: 石墨烯 发展趋势  
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