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石墨烯的五大应用领域市场发展现状分析

2016-11-22 10:33
kumsing
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  石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学两位科学家发现后,很快因其强度高、韧性好、重量轻等众多惊人的优良性能而被世人关注。2010年,两位科学家因该发现而被授予诺贝尔物理学奖。近十年来,有关石墨烯的研究炙手可热,石墨烯也因其在能源、生物技术、航天航空等领域具有极其广泛的应用前景而被认为是“具有革命性意义的材料”、“二十一世纪的材料之王”。有专家预计,未来5至10年,全球石墨烯产业规模将超过1000亿美元。

  根据相关研究报告,石墨烯(Graphene)是一种由C原子经sp2电子轨道杂化后形成的蜂巢状的准二维结构,是C元素的另外一种同素异形体。与其他新材料相比,石墨烯具有众多优良的特点,如载流子迁移率高、电流密度大、强度高、导热率高、超薄超轻超硬,同时具有高性能传感器、可强化电子输送、催化剂、吸氢、双极半导体、无散热传输等功能。由于石墨烯的性能优良、功能众多而被广泛应用到锂电子电池、超级电容、导电油墨、触摸屏、软性电子、散热、涂料、传感器等领域,此外,在高频电子、环保、光电、聚合物、海水淡化、太阳能电池、燃料电池、催化剂、建筑材料等领域,也能发现石墨烯的身影。有专家预计,未来几年内,石墨烯将主要用于“导电油墨”、“防腐涂料”、“散热材料”、“锂电池”、“超级电容”等五大领域。

  领域一:导电油墨

  导电油墨是用导电材料制成的油墨,具有一定程度导电质,可作为印刷导电点或导电线路之用。近年来在手机、玩具、薄膜开关、太阳能电池、远红外发热膜以及射频识别技术等行业中应用越来越广泛。过去数十年,导电油墨最大的下游是太阳能电池以及显示器件。未来包括触摸传感器及其电极、RFID以及电子纸张的应用也将同时保持增长。

  石墨烯导电油墨具有强大优势,发展前景看好。导电油墨属于填充型复合材料,是印刷与烧结处理后具有导电性能的油墨。石墨烯应用在油墨的优势主要有两点:一是兼容性强,石墨烯油墨可在塑料薄膜、纸张及金属箔片等多种基材上实现印刷;二是性价比高,与现有的纳米金属导电油墨相比,石墨烯油墨具有较大的成本优势。

  由于石墨烯的良好性能,其制成的油墨具有电阻小、导电性强以及光学透明性高等特点,在各类导电线路以及传感器、无线射频识别系统、智能包装、医学监视器等电子产品中有广泛应用。2015年导电油墨的产量也已达到80万吨。预计到2015年导电油墨产量将达到130万吨,随着石墨烯的生产技术成熟、成本降低,石墨烯导电油墨将逐渐占据市场份额。预计到2020年导电油墨领域石墨烯应用市场规模达到2亿元。

  领域二:防腐涂料

  目前国内防腐涂料消费量近180万吨,占世界防腐涂料总消费量的40%以上。我国防腐涂料需求主要集中在船舶、石油化工、桥梁、集装箱等领域。涂料中添加石墨烯后,石墨烯能够形成稳定的导电网格,有效提高锌粉的利用率,从实际效果来看,添加约5%的石墨烯粉,可减少50%锌粉的使用量。同时,石墨烯涂层能在金属表而与活性介质之间形成物理阻隔层,对基底材料起到良好的防护作用。

  近年石油化工、铁路交通、新能源、基础设施建设等更是蓬勃发展,为防腐涂料提供了广阔的市场空间。我国石墨烯新型防腐涂料,已于2015年3月20日在江苏道森新材料有限公司成功研发,并已应用于海上风电塔筒的防腐,近来已有很多企业均开发出相关产品并在各类防腐领域应用。未来石油化工、铁路交通、新能源、基础设施建设等更是蓬勃发展,为防腐涂料提供了广阔的市场空间。预计到2020年防腐涂料领域石墨烯应用市场规模达到5~8亿元。

  领域三:散热材料

  电子和光子器件的散热是影响电子技术发展的主要问题,手机、电脑、微型电路等设备的散热主要通过各类散热片来解决。目前,市场中的电子产品的散热片主要是石墨散热片。但是,石墨烯导热片的导热快、可折叠等性能要远远优于石墨片,极佳的散热材料如热导纤维、热导塑料等,并且技术难度小、工艺相对成熟,存在快速进入市场的机会。尤其在智能手机领域,手机要求轻薄、便携,未来要求可折叠,因此石墨烯导热膜具有极大优势。预估未来采用石墨烯散热膜进行散热的散热组件占总电子产品及LED产品市场的10%,即可为石墨烯散热膜带来15-20亿左右的市场空间。

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