近两年石墨烯得到越来越多的关注,也吸引了很多投资,面对资本市场的热捧,石墨烯产业的发展还是要去粗取精,企业和科研机构需要沉下心来搞研发,按部就班搞生产,待到应用技术成熟之时就是石墨烯产业崛起之时。

一、石墨烯产业发展概述

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是碳的多种形态中的基本结构,碳的其他形态为石墨、金刚石、碳纳米管、富勒烯。

图1石墨的几种形态

石墨的几种形态

Source:LONGMAKER研究整理

2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授,在实验室成功从石墨片中剥离出了石墨烯,证明了石墨烯可以单独存在,并在2010年荣获诺贝尔物理学奖,从此石墨烯走入大众的视野,在全球范围里掀起了石墨烯制备和应用的研究热潮。

石墨烯堪称超级的物理特性主要包括:

图2 石墨烯的特性

石墨烯的特性

Source:LONGMAKER研究整理

石墨烯的制备方法主要分为“自上而下”和“自下而上”两类方法。“自上而下”法是通过剥离石墨材料来制备石墨烯层,如微机械剥离法、氧化石墨还原法、碳纳米管轴向切割法、液相分离法;而“自下而上”法是通过碳原子的重新排列来合成石墨烯,如化学气相沉积法(CVD)、外延生长法、有机合成法等。

表1石墨烯主要制备方法的比较

石墨烯主要制备方法的比较

Source:江苏省科技创新协会科技政策研究中心

二、 全球石墨烯产业发展现状

2.1全球市场概况及预测

全球石墨烯市场可以分为两大类:即氧化石墨烯(GO)、石墨烯纳米片(GNP)和其他。其他类型的石墨烯包括碳化硅石墨烯、还原氧化石墨烯(rGO)等,每一种类型都有不同的特点和用途。其中,氧化石墨烯在全球市场中份额最高,紧接着是石墨烯纳米片。

图3 全球石墨烯市场规模按类型分

(其中内环为2015年,外环为2020年)

全球石墨烯市场规模按类型分

Source:LONGMAKER研究整理

氧化石墨烯是石墨烯的一种氧化形式,以粉末形式存在。当沉积在任意基板之后,氧化石墨烯可以转换为导体,从而可以制作导电膜、传感传感器、柔性电子设备和触屏等。低廉的成本和制作简单的特点使得氧化石墨烯是一种更受瞩目的石墨烯类型,氧化石墨烯的很多物理特性(例如拉伸强度、高弹性、良好的导电性等)使得其在很多领域都有很重要的应用,如医药、生物传感器、疾病检测、高分子材料、电池中的电子材料和纳米滤膜等。

和其他石墨烯类型相比,氧化石墨烯因为生产价格低廉因而在全球石墨烯市场中成长最快。随着对环保、稳定、无毒和柔性碳材料的需求的增长,石墨烯制造商在研发领域的投入也增加,以期能够生产出符合需求的石墨烯。

2014年和2015年,全球石墨烯市场规模估计分别为290万美元、336万美元。石墨烯正处于大规模产业化前夕,预计到2020年市场规模可以达到3.85亿美元。石墨烯将在散热材料,高性能计算系统(晶体管材料),透明显示材料,超级电容器,锂电,传感器,结构材料等领域取得实际突破。到2025年,石墨烯市场规模将达到21.03亿美元。届时,超级电容器、结构材料、透明显示材料、高性能计算材料将释放更大的市场空间。

图4 全球石墨烯市场规模预测(百万美元)

全球石墨烯市场规模预测

Source:LONGMAKER研究

2.2 全球石墨烯产业重点区域发展概况

① 英国

英国是石墨烯的“诞生地”,但是相关研发和产业化却落后于中国、韩国、日本和新加坡等亚洲一些国家。

为改变这种局面,近几年,英国政府投入巨资加速石墨烯的研发。2011年,英国政府宣布投入5000万英镑(1英镑约合1.52美元)支持石墨烯研究,包括建立总投资达6100万英镑的国家石墨烯研究院;2012年12月,英国政府增拨2150万英镑用以资助石墨烯材料应用领域的研究;2013年英国政 府联合欧洲研究与发展基金会共同出资6100万英镑在曼彻斯特大学成立国家石墨烯研究院,由两位诺贝尔奖得主领衔,该研究院预计于2015年初建成。 2014年,英国政府联合马斯达尔公司宣布继续投资6000万英镑在曼彻斯特大学成立石墨烯工程创新中心,作为国家石墨烯研究院的补充,加速石墨烯的应用 研究和开发,维持英国在石墨烯及其他二维材料方面的世界领先地位。英国财政大臣奥斯本称,英国政府将“致力于确保让英国的发现在英国做出名堂来”。

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