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石墨烯发展前景及其在LED照明的应用趋势分析

  作为世界上最薄也是最坚硬的纳米材料,石墨烯(Graphene)自问世以来,就受到产业界持续关注。据了解,“2014中国国际石墨烯创新大会”9月1日上午在宁波举行,在此次大会中邀请了权威机构发布未来5-15年全球石墨烯市场分析及投资机会报告,就石墨烯领域的国际合作研讨,并发起成立国际石墨烯联盟。据了解,多家上市公司或其子公司参加本次大会,包括烯碳新材、金路集团、银禧科技、中材国际等。此外,还有中国宝安子公司深圳贝特瑞纳米科技有限公司、新华锦子公司山东新华锦石墨材料有限公司、力合股份参股的常州二维碳素有限公司等在列。

  石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的纳米新材料,是目前人类所发现的几乎完美的平面原子结构,其出色的导电、导热以及散热性能让各行各业均对其寄予厚望。

  由于具备众多优异的力学、光学、电学和微观量子性质,石墨烯有望在电子、新能源、高端制造、医疗等领域展开多种应用。未来下游应用市场有望达到万亿元级别,预计最先将应用于太阳能透明电极、散热材料和触摸屏等领域。

  目前,金属材料在LED散热应用方面存在难于加工、耗费能源、密度过大、导电、易变形以及废料难回收等诸多问题,几乎没有太大的降价空间。而纳米石墨烯导热塑料如应用在LED灯具散热上,其系统成本至少可以降低30%。

  石墨烯属于稀土材料,正渐渐取代金属部件应用于LED灯具的导热零件,包括灯座、冷却散热灯杯和外壳等。石墨烯相对于金属材料,具有散热均匀、重量轻,造型设计灵活等特点。

  LED产业的快速发展,大大拉动了上游材料业的发展,也进一步促进高端材料领域的突破。LED灯具中用到大量的导热材料,包括LED晶片的封装元件、LED光学透镜、光散射元件、高效散热元件、光反射和光漫射板等。

  石墨烯目前处于产业化攻坚阶段,在技术、工艺和产业链对接方面需要投入大量资源。产业化的关键和难点是相关材料的制备、转移技术和上下游产业链整合。美国、英国、中国、日本和韩国等国家的产业化开发处于相对前列。

  一直以来,散热不良会导致电源损坏、光衰加快、寿命减短等问题,始终是LED照明系统性能提升的重中之重。传统的三种灯具外壳散热材料也各有优劣。铝材导热好,因导电特性不易过安规;塑料绝缘性好,但导热及膨胀系数却比较低;陶瓷兼具前两者的绝缘和散热优点,易碎、加工成本高是其最大弊病。

  金属材料在LED散热应用方面存在难于加工、耗费能源、密度过大、导电、易变形以及废料难回收等诸多问题,几乎没有太大的降价空间。而纳米石墨烯导热塑料如应用在LED灯具散热上,其系统成本至少可以降低30%。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的纳米新材料,是目前人类所发现的几乎完美的平面原子结构,其出色的导电、导热以及散热性能让各行各业均对其寄予厚望。

  和铝合金及压铸铝相比,如果采用散热塑胶,散热部分综合成本降低50%以上,整灯加工成本降低30%,驱动成本降低20%以上。,铝合金材料广泛使用后,各种缺陷越来越明显,今年以来已经有不少LED企业开始将目光聚集到纳米石墨烯塑胶导热材料方面,未来其有望在LED照明领域大范围普及而飞泰科技的石墨烯高导热材料具有“高导热、高绝缘、高阻燃”等优良特性,可替代传统金属散热器,为LED照明产品综合成本的下降提供更加优良的解决方案。

  没有一个照明品牌占据中国照明市场整体份额的5%。从整个行业和渠道现状来看,所有LED企业都走到了十字路口,同质化的产品、相似的营销模式,使LED企业渠道激战提前开启,这对企业的供应链整合及优化能力也提出了更高的要求。

  新材料领域的重大突破

  石墨烯是由单层碳原子构成的六角形蜂巢晶格的平面二维材料,结构稳定,各项物理性质优异。石墨烯的发现颠覆了凝聚态物理学界既往的二维材料不能在有限温度下存在的观念。

  石墨烯具备众多优异的力学、光学、电学和微观量子性质,是目前最薄也是最坚硬的纳米材料,同时具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料不具备的性能,未来有望在电极、电池、晶体管、触摸屏、太阳能、传感器、超轻材料、医疗、海水淡化等众多领域应用,是最有前景的先进材料之一。

  石墨烯材料分为两类,一类是由单层或多层石墨烯构成的薄膜,另一种是由多层石墨烯构成的微片。石墨烯薄膜又分为单晶薄膜和多晶薄膜。其中单晶薄膜可以用于集成电路等电子领域,但是产业化尚待时日。而多晶薄膜有望在5-10年内实现产业化应用,替代ITO玻璃用于制造触摸屏(特别是柔性制造屏)和其他需要透明电极的领域。除了纯石墨烯之外,另外还有很多石墨烯衍生物,未来也会有较为广泛的应用。

  总体而言,石墨烯应用领域将主要集中在电子、新能源、生物医疗、高精度制造业、水处理等高精尖技术领域。

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