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      中國石墨烯行業發展現狀及生產企業分析

      發布時間:2022-12-26發布人:瀏覽:
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      石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料。是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。按層數,它可分為單層石墨烯、雙層石墨烯和多層石墨烯。按被功能化形式,常見的有氧化石墨烯、氫化石墨烯、氟化石墨烯等等。按外在形態,有片、膜、量子點、納米帶或三維狀等等。

      石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性,在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景,被認為是一種未來革命性的材料。英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯,因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯常見的粉體生產的方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法,薄膜生產方法為化學氣相沉積法(CVD)。

      根據中研普華產業研究院發布的《2022-2027年中國石墨烯行業市場深度調研及投資戰略研究報告》顯示:

      實際上石墨烯本來就存在于自然界,只是難以剝離出單層結構。石墨烯一層層疊起來就是石墨,厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過,留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

      當前國內對石墨烯材料的應用,主要集中在2大領域:一類是將石墨烯作為添加劑應用在已有產品中,用以改良和提升產品性能,比如添加石墨烯散熱涂層的LED燈、石墨烯暖墻、石墨烯地板、石墨烯防腐涂料、石墨烯內暖纖維制成的服裝、石墨烯防靜電輪胎、加熱片、石墨烯動力電池等產品;另一類是將石墨烯薄膜用于加熱膜、智能手環、觸摸屏、遠紅外理療產品等。

      中國石墨烯行業發展現狀

      目前國內石墨烯全產業鏈布局已經初見雛形,基本覆蓋了從制備及應用研究到石墨烯產品生產,直至下游應用的全環節。初步形成以北京為核心,東部沿海地區產業帶和內蒙-黑龍江地區產業帶為集聚區,多地點狀分布式的產業發展格局。

      其中材料制備領域相關企業約300多家,產品以石墨烯粉體和薄膜兩類材料為主,并且基本實現量產;應用領域相關企業超過600多家,覆蓋了防腐涂料、熱管理材料、儲能、電子顯示、大健康等多個領域。此外,還有一些技術服務、銷售、投資、檢測等企業,進一步完善了石墨烯全產業鏈體系。

      目前市場化的石墨烯材料主要包括石墨烯粉體和石墨烯薄膜兩大類。目前國內石墨烯年產能維持在3000噸左右,而需求量僅為一百余噸,在汽車、紡織、軍工等方面實現了應用了商業化的應用。石墨烯的應用市場還有著進一步開發的空間,石墨烯的前景十分廣闊。

      中國石墨烯主要生產區域及企業分析

      從生產角度看,我國豐富的石墨資源為石墨烯產業發展提供了堅實的資源基礎。我國石墨資源基礎儲量占世界總儲量的24%左右,中國石墨的產量也位居世界前列,我國目前已查明晶質石墨儲量5500萬噸,位于世界前列。其中國內石墨儲量47%分布在黑龍江,19%分布在內蒙古。

      石墨烯在全國范圍內正呈現出蓬勃發展之勢。目前中國已經基本形成以長三角、珠三角和京津冀魯區域為聚合區,多地分布式發展的石墨烯產業格局。我國石墨烯產業化勢頭強勁,多個具有石墨烯特色的產業創新中心已露雛形。尤其是長三角地區,“東方碳谷”常州因其石墨烯相關產業的高度集聚而備受關注,寧波有中科院寧波材料所作為支撐,外加上海高校與科研院扎實的科研能力,三地之間協同發展、優勢互補,石墨烯生產制備技術不斷取得突破,應用產業化步伐迅速。

      我國石墨烯行業相關企業注冊量于2019-2021年呈增長趨勢,2021年企業注冊量為13665家,較前年上升了5830家。截止至9月23日,2022年新增企業注冊量為11668家。

      石墨烯是已知強度最高的材料之一,同時還具有很好的韌性,且可以彎曲,石墨烯的理論楊氏模量達1.0TPa,固有的拉伸強度為130GPa。而利用氫等離子改性的還原石墨烯也具有非常好的強度,平均模量可達0.25TPa。由石墨烯薄片組成的石墨紙擁有很多的孔,因而石墨紙顯得很脆,然而,經氧化得到功能化石墨烯,再由功能化石墨烯做成石墨紙則會異常堅固強韌。

      2021年10月31日,“2021中國福建(永安)石墨烯創新創業大賽暨項目成果對接會”閉幕。會上,工信部賽迪研究院發布了《中國石墨烯產業發展競爭力指數(2021)》。

      隨著批量化生產以及大尺寸等難題的逐步突破,石墨烯的產業化應用步伐正在加快,基于已有的研究成果,最先實現商業化應用的領域可能會是移動設備、航空航天、新能源電池領域。

      石墨烯的研究與應用開發持續升溫,石墨和石墨烯有關的材料廣泛應用在電池電極材料、半導體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面。鑒于石墨烯材料優異的性能及其潛在的應用價值,在化學、材料、物理、生物、環境、能源等眾多學科領域已取得了一系列重要進展。研究者們致力于在不同領域嘗試不同方法以求制備高質量、大面積石墨烯材料。并通過對石墨烯制備工藝的不斷優化和改進,降低石墨烯制備成本使其優異的材料性能得到更廣泛的應用,并逐步走向產業化。


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