石墨烯是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的碳材料。作为高新科技材料,石墨烯在半导体产业、光伏产业、锂离子电池、航天、军工、新一代显示器等传统领域和新兴领域都将带来革命性的技术进步。
下一个万亿级产业
长江证券认为,石墨烯凭借其特殊的物理结构和特质,在多个领域都将带来革命性的变革,一旦量产毕将成为下一个万亿级的产业。
多晶硅目前已经成为半导体产业的基础原料,被大量应用于集成电路的基质,有着“微电子大厦的基石”之称。随着制作工艺的不断提升,目前硅基芯片的运行速度已经达到了GHz的级别。
随着技术的不断进步,对于计算机运行速度的要求也不断提高,目前的硅基集成电路的发展受到了本身材料的限制,在室温下硅基处理器的运行速度达到4-5GHz后就很难在继续提高。
石墨烯拥有比硅更高的载流子迁移率,是一种性能非常优异的半导体材料,电子在石墨烯中的运行速度能够达到光速的1/300,要比在其他介质中的运行速度高很多,而且只会产生很少的热量。使用石墨烯作为基质生产出的处理器能够达到1THz(即1000GHz)。石墨烯未来很可能成为硅的替代者,成为半导体产业新的基础材料。
全球半导体晶硅的市场发展稳定,据半导体协会统计,2010年全球电子多晶硅的需求量将在2500吨左右,未来两年仍将保持每年8%的稳定增长率。
石墨烯集成电路技术成熟将会带来一次新的革命。如果未来全球每年有十分之一的高端计算机有运用石墨烯基集成电路,替换多晶硅所需要的石墨烯就需要250吨,按照目前市价2000元/克计算,石墨烯在集成电力领域的潜在市场就达到了5000亿元以上。中国电池网(微号:mybattery),最具价值的电池行业垂直门户,www.itdcw.com。
除此之外,石墨烯还提升了锂离子电池性能。锂离子电池已经成为当前用途最广泛、前景最广阔的电池能源,其结构由正极、负极、隔膜和电解液组成,隔膜一般使用聚乙烯薄膜,电解质主要是高氯酸锂等锂盐溶液构成。
充电时,锂离子从正极拖嵌,通过电解质和隔膜,嵌入到负极;放电时则相反,锂离子从负极脱嵌,通过电解质和隔膜,嵌入到正极中。
锂离子电池负极材料经历了从焦炭类碳材料到石墨类碳材料的发展,电池的性能得到了大幅的提升,石墨类碳材料目前已经成为最主流的负极材料。
碳材料根据其结构特点可以分为石墨化炭、无定形炭和石墨炭。石墨烯作为一种从石墨中分离出来的新型碳质材料,加入到锂离子电池中能够大幅提高导电性。而且实验表明,将石墨烯应用于锂离子电池的负极材料中,其比容量可以达到540mAh/g以上,如果在其中参入碳纳米管后,负极的比容量可以达到730mAh/g,而目前普通的人造石墨负极的比容量只有370mAh/g,可见石墨烯作为负极材料能够大幅提高锂离子电池性能。
各国均在积极布局
目前,国内外都在积极布局石墨烯的研发与生产,以期在新一轮电子业升级过程中,抢得技术与市场双重先机。
其中,我国规模化生产线投产产业园区相继成立。2013年12月20日,宁波年产300吨的石墨烯规模生产线正式落成投产;12月25日,南江集团与中科院重庆绿色智能技术研究院合作的年产1000万片大面积单层石墨烯薄膜生产线也正式启动。
此外,各地的石墨烯产业园区、产业联盟及创新基地也纷纷成立。以内蒙古为例,为加快内蒙古石墨稀产业的转型升级,加强区域支柱产业的技术创新能力,提升内蒙古石墨烯产业核心竞争力,促进资源共享和互惠互利,内蒙古自治区正着手组建石墨烯产业技术创新战略联盟。据业界专家预计,国内石墨烯产业规模将达万亿元。
而欧盟则在制定石墨烯科技路线图上加大研究力度。欧盟未来新兴技术石墨烯旗舰计划发布了首份招标公告和科技路线图,介绍了拟资助的研究课题和支持课题,以及根据领域划分的工作任务,每项课题都涉及多项工作任务。中国电池网(微号:mybattery),最具价值的电池行业垂直门户,www.itdcw.com。
根据路线图,石墨烯旗舰计划将分两阶段进行:初始热身阶段(2013年10月1日至2016年3月31日,共资助5400万欧元)和稳定阶段(2016年4月开始,预计每年资助5000万欧元),将在化学传感器、生物传感器与生物界面、GRM与半导体器件的集成、面向射频应用的无源组件、硅光子学的集成、传感器等领域展开研发工作。
各国政府纷纷重视和关注石墨烯的同时,企业也敏锐地抓住时机,表现出对石墨烯的极大兴趣,投入到石墨烯研发和产业化的竞争中。美国在纳米电子器件、高频电子器件方面研发力度大,已研发出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板,大大降低制造透明可变形太阳能电池的成本,可广泛用于石墨烯夜视镜、相机等小型数码设备。IBM、三星公司重点研发在高速晶体管上的应用。三星、诺基亚重点研发石墨烯在柔性显示方面的应用。美国卡博特公司、韩国浦项公司在石墨烯电容器、电池方面取得重要进展。
总而言之,随着全球石墨烯制备及应用性技术研究的不断深入,它将逐步改变现有电子产业布局,一旦投入大规模应用,或许将对传感器等电子器件与大型自动化生产设备制造产生革命性影响。
概念股迎炒作时机
长江证券表示,国内目前并没有上市公司的主营业务生产石墨烯。只有几家生产碳纤维产品的公司正在进行石墨烯产品的研制,目前都没有大规模量产的能力。
尽管石墨烯从技术到产业再到大众商品还需一定时日,但是抢夺石墨烯这块蛋糕的烽火已经点燃,而且愈演愈烈,国际国内概莫能外。

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