中国正成为全球碳纳米管及石墨烯领头羊

2014-04-30 14:36:35 来源：中国电力电子产业网 浏览次数：0

近日，三星先进技术研究院与韩国成均大学联合宣布，它们已经合成一种能在更大尺度内保持导电性的石墨烯晶体。三星表示，这是一种可以用在柔性显示屏和可穿戴设备上的屏幕显示技术。石墨烯是目前最薄最坚硬的纳米材料，透光率极好，电阻率最小，结构稳定。这些特点让石墨烯极其适合用来制造可弯曲的透明触摸屏。在各大科技巨头都把可穿戴设备作为下一个科技革命的今天，石墨烯柔性屏的出现将极快加速该产业的发展。

这两年，曲面屏或者柔性屏进入了我们的生活。尤其曲面屏已经被三星和LG用在了智能手机和电视屏幕上。尽管是曲面屏，但是跟业内期待的柔性屏技术还有着不小的差距，用业内人士的话说，这叫“为了弯曲而弯曲”。

平板显示领域对于石墨烯材料的关注越来越多，中国也不例外。

中国主导碳纳米管及石墨烯的研究与制造

据波士顿的Lux研究公司报道中国已经在碳纳米管和石墨烯的研究和制造中处于全球的领先地位。由于全球市场的供过于求，导致价格下降，利润下降，并可能造成这个新兴产业的波动。

Lux预测全球石墨烯的platlet和碳纳米管市场需求在2018年时分别为1520吨和2016吨。然而，仅仅中国的供应量就足以供应直到2016年的全球石墨烯nanoplatlet需求。同样，中国的碳纳米管供应商的总电流容量可以满足全球直到2015年的需求。我们认为，随着石墨烯和碳纳米管nanoplatlets的产能增加，及产能利用率的提高，价格将继续下降，同时会挤压纳米材料的利润率。

中国疯狂的发展碳纳米管材料是在十二五政府规划的资金支持下，2011-2015年，尽管缺乏政府支持资金的准确数字，马认为估计在第十二个五年计划内政府将支持20亿美元——将是上一个5年计划的2.5倍。

中国现在是全球石墨烯的出版物和专利的领先者。它的碳纳米管制造可能占全球的50%。根据Lux的观察虽然中国在石墨烯的工艺和制造技术仍是落后，但是中国正在迅速地赶上来。

中国的碳纳米管出版物在全球处于领先地位，而它的专利数量居全球第二名，根据Lux的预测中国在碳纳米管材料制造方面将很快赶上来，主要是快速的增长率。

从2013到2015年期间，马告诉EE Times，仅Cnano和Timesnano两家宣布的扩张计划分别增加500吨和100吨，导致中国将其全球产能的市场份额从30%增加到50%。由于CNano及timesnano两家具有成本优势，完善的客户网络，和持续的资金支持，未来他们应被视为在中国的潜在的商业合作伙伴。

中国在石墨烯制造方面有一个亮点，是Sixth Element与宁波的Morsh，它们在石墨烯的nanopetlets制造方面己具备超过美国的能力。

在石墨烯方面，中国处于落后地位，但是正在努力地追赶美国。总体上，中国石墨烯企业与全球相比在创新能力等方面处于弱势地位，部分原因是由于它们相对年轻，马说。到目前为止，他们的生产成本还无法与全球领先的石墨烯供应商竞争。

据Lux数据，到目前为止，2014年中国国内的石墨烯和碳纳米管市场将分别达到2240万美元和4840万美元，主要驱动力來自锂离子电池和新的应用，如涂料和热耗散材料等。

我国触摸屏行业石墨烯材料的应用与研发

中国具有发展石墨烯产业得天独厚的条件。据悉我国石墨矿储量占世界总储量的75%，生产量占世界总产量的72%，是我国少有的几种具有国际竞争优势的矿产之一。截至2012年我国在石墨烯研究领域的文献贡献量已达5072篇，占全球的石墨烯文献量的29.2%，超过美国的27.3%位居世界首位。

据悉，自2004年石墨烯被发现以来，如何解决大面积、高质量石墨烯制备和快速高效转移两大关键问题，让石墨烯应用于透明电极中，一直困扰着很多研究者。如果电阻触摸屏要采用这种材料，需要先在金属表面上催化生长石墨烯，再把它转移到适合的基底上，才能进行应用。

石墨烯的制成需要有尖端的制备工艺，目前业内主要有四种制备方法，分别是机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法、和气相沉积法(CVD)。前三种的原材料均为石墨，CVD法原材料则为甲烷居多。由于制造成本相对较低，目前业内多采用机械剥离法和氧化石墨还原法制造石墨烯。

目前，在石墨烯薄膜和石墨烯微片这两个方向上，我国都在进行积极探索。

在石墨烯触摸屏的研发方面，常州二维碳素科技公司的研发团队已突破了石墨烯薄膜应用于中小尺寸手机的触摸工艺，实现了石墨烯薄膜材料和现有ITO模组工艺线的对接，正积极联合上下游企业、行业协会、各地标准院起草相关行业标准。

业内专家表示，石墨烯薄膜工艺线只需要对现有ITO模组工艺线进行简改造就可以完成对接，石墨烯薄膜材料在触控显示领域的产业化应用将加速。

二维碳素科技总裁金虎表示石墨烯用于触摸屏比ITO玻璃有很多优势，例如ITO要用到铟，这是一种稀土材料，全球存量很少，而且有毒不易回收，而石墨烯材料很简单，也容易回收，更突出的是它的柔性很好，易于弯曲。二维碳素科技的于庆凯博士在2008年4月首先发表了用化学气相沉积(CVD)的方法在镍和铜基底上合成石墨烯的生长方法，并成功生长出了世界上第一块大尺寸的高质量石墨烯薄膜，从而使得大规模生产石墨烯薄膜成为可能。2010年，于博士提出并实现了用生长单晶石墨烯阵列来解决大尺寸石墨烯单晶难以合成的难题，这一成就将推进石墨烯高速电子器件的研究和应用。

目前，国内的学术界和产业界正在紧锣密鼓推进石墨烯的产业化，随着石墨烯产业技术创新战略联盟的成立，这一速度有望提升。

金路集团与中科院金属研究所联合开发电池级石墨烯技术已于2012年11月11日对共同完成的“石墨烯材料的规模化制备技术”通过了成果鉴定。公司截止2012年12月31日，共计投入资金600余万元，获得财政补助1300余万元。另外，公司在研石墨烯透明导电薄膜、石墨烯基三位网络散热材料、石墨烯基动力电池项目。在石墨烯透明导电膜方面，金属研究所能制备出4英寸的石墨烯透明导电薄膜。

中国宝安旗下的深圳贝特瑞的特色则是产业链完备和客户雄厚。贝特瑞是目前全球唯一一家拥有完整的石墨烯价值产业链的企业，公司在2011年11月完成石墨烯中试线建设并投入生产。据了解，贝特瑞向国家提交了与石墨烯相关的4项专利申请，其中“制备球状石墨烯的方法”已在今年4月28日收到发明专利证书。根据公开资料显示，贝特瑞目前在锂电池负极材料方面占据了全球市场三成左右的份额，三星、LG、松下、比亚迪等都是贝特瑞的客户。

常州二维碳素科技有限公司今年五月宣布其第一条年产3万平方米石墨烯透明导电薄膜生产线实现量产。这条石墨烯透明导电薄膜生产线的投产和供应用的石墨烯电容触摸屏中试线的成功搭建，标志着石墨烯材料在制备和应用的产业化上迈出了关键性一大步。

乐通股份今年初与宁波墨西签署了《石墨烯油墨项目合作协议》，商定组建合资公司从事石墨烯油墨的研发和生产，计划总投资1亿元人民币，合资公司的注册资金为3000万元人民币，公司以现金出资人民币2400万元(占80%股权);乙方以石墨烯油墨的相关技术作价出资600万元(占20%股权)。宁波墨西承诺将以最优惠的价格向合资公司稳定提供石墨烯原料，双方将利用自身的营销网络帮助合资公司推广石墨烯油墨产品。

华丽家族12年7月披露控股股东南江集团及皙哲投资、中科院宁波材料所、刘兆平研发团队于2012年4月组建宁波墨西科技有限公司，该公司投建的世界上第一条量产石墨烯生产线预计将于2013年建成投产。石墨烯属于高科技新材料，石墨烯产品的成熟并走向产业化还需后续大量的研发和投入。而南江集团暂无将石墨烯项目转让或指定给上市公司的计划。

方大炭素将建成全球最大的特种石墨生产基地，针状焦及超高功率石墨电极的综合产能也将位居全球炭素企业首位。2013年5月，公司收到了国家知识产权局对“以石灰石为原料制备石墨烯的方法”授予的发明专利权通知书。

编者语：

石墨烯是世界上最薄、导热性最高、导电性最好、柔软并透明、化学稳定性最强、最坚韧的材料将在手机显示屏、电池、传感器、元器件等方面给手机产业带来革命性应用。随着智能手机风潮的持续发酵，相信石墨烯未来将在平板显示领域多的更加广泛的应用。