石墨烯是一種技術含量非常高、應用潛力非常廣泛的碳材料。作為高新科技材料,石墨烯在半導體產業、光伏產業、鋰離子電池、航天、軍工、新一代顯示器等傳統領域和新興領域都將帶來革命性的技術進步。
下一個萬億級產業
長江證券認為,石墨烯憑借其特殊的物理結構和特質,在多個領域都將帶來革命性的變革,一旦量產畢將成為下一個萬億級的產業。
多晶硅目前已經成為半導體產業的基礎原料,被大量應用于集成電路的基質,有著“微電子大廈的基石”之稱。隨著制作工藝的不斷提升,目前硅基芯片的運行速度已經達到了GHz的級別。
隨著技術的不斷進步,對于計算機運行速度的要求也不斷提高,目前的硅基集成電路的發展受到了本身材料的限制,在室溫下硅基處理器的運行速度達到4-5GHz后就很難在繼續提高。
石墨烯擁有比硅更高的載流子遷移率,是一種性能非常優異的半導體材料,電子在石墨烯中的運行速度能夠達到光速的1/300,要比在其他介質中的運行速度高很多,而且只會產生很少的熱量。使用石墨烯作為基質生產出的處理器能夠達到1THz(即1000GHz)。石墨烯未來很可能成為硅的替代者,成為半導體產業新的基礎材料。
全球半導體晶硅的市場發展穩定,據半導體協會統計,2010年全球電子多晶硅的需求量將在2500噸左右,未來兩年仍將保持每年8%的穩定增長率。
石墨烯集成電路技術成熟將會帶來一次新的革命。如果未來全球每年有十分之一的高端計算機有運用石墨烯基集成電路,替換多晶硅所需要的石墨烯就需要250噸,按照目前市價2000元/克計算,石墨烯在集成電力領域的潛在市場就達到了5000億元以上。中國電池網(微號:mybattery),最具價值的電池行業垂直門戶,www.gdsxkw.cn。
除此之外,石墨烯還提升了鋰離子電池性能。鋰離子電池已經成為當前用途最廣泛、前景最廣闊的電池能源,其結構由正極、負極、隔膜和電解液組成,隔膜一般使用聚乙烯薄膜,電解質主要是高氯酸鋰等鋰鹽溶液構成。
充電時,鋰離子從正極拖嵌,通過電解質和隔膜,嵌入到負極;放電時則相反,鋰離子從負極脫嵌,通過電解質和隔膜,嵌入到正極中。
鋰離子電池負極材料經歷了從焦炭類碳材料到石墨類碳材料的發展,電池的性能得到了大幅的提升,石墨類碳材料目前已經成為最主流的負極材料。
碳材料根據其結構特點可以分為石墨化炭、無定形炭和石墨炭。石墨烯作為一種從石墨中分離出來的新型碳質材料,加入到鋰離子電池中能夠大幅提高導電性。而且實驗表明,將石墨烯應用于鋰離子電池的負極材料中,其比容量可以達到540mAh/g以上,如果在其中參入碳納米管后,負極的比容量可以達到730mAh/g,而目前普通的人造石墨負極的比容量只有370mAh/g,可見石墨烯作為負極材料能夠大幅提高鋰離子電池性能。
各國均在積極布局
目前,國內外都在積極布局石墨烯的研發與生產,以期在新一輪電子業升級過程中,搶得技術與市場雙重先機。
其中,我國規模化生產線投產產業園區相繼成立。2013年12月20日,寧波年產300噸的石墨烯規模生產線正式落成投產;12月25日,南江集團與中科院重慶綠色智能技術研究院合作的年產1000萬片大面積單層石墨烯薄膜生產線也正式啟動。
此外,各地的石墨烯產業園區、產業聯盟及創新基地也紛紛成立。以內蒙古為例,為加快內蒙古石墨稀產業的轉型升級,加強區域支柱產業的技術創新能力,提升內蒙古石墨烯產業核心競爭力,促進資源共享和互惠互利,內蒙古自治區正著手組建石墨烯產業技術創新戰略聯盟。據業界專家預計,國內石墨烯產業規模將達萬億元。
而歐盟則在制定石墨烯科技路線圖上加大研究力度。歐盟未來新興技術石墨烯旗艦計劃發布了首份招標公告和科技路線圖,介紹了擬資助的研究課題和支持課題,以及根據領域劃分的工作任務,每項課題都涉及多項工作任務。中國電池網(微號:mybattery),最具價值的電池行業垂直門戶,www.gdsxkw.cn。
根據路線圖,石墨烯旗艦計劃將分兩階段進行:初始熱身階段(2013年10月1日至2016年3月31日,共資助5400萬歐元)和穩定階段(2016年4月開始,預計每年資助5000萬歐元),將在化學傳感器、生物傳感器與生物界面、GRM與半導體器件的集成、面向射頻應用的無源組件、硅光子學的集成、傳感器等領域展開研發工作。
各國政府紛紛重視和關注石墨烯的同時,企業也敏銳地抓住時機,表現出對石墨烯的極大興趣,投入到石墨烯研發和產業化的競爭中。美國在納米電子器件、高頻電子器件方面研發力度大,已研發出表面附有石墨烯納米涂層的柔性光伏電池板,大大降低制造透明可變形太陽能電池的成本,可廣泛用于石墨烯夜視鏡、相機等小型數碼設備。IBM、三星公司重點研發在高速晶體管上的應用。三星、諾基亞重點研發石墨烯在柔性顯示方面的應用。美國卡博特公司、韓國浦項公司在石墨烯電容器、電池方面取得重要進展。
總而言之,隨著全球石墨烯制備及應用性技術研究的不斷深入,它將逐步改變現有電子產業布局,一旦投入大規模應用,或許將對傳感器等電子器件與大型自動化生產設備制造產生革命性影響。
概念股迎炒作時機
長江證券表示,國內目前并沒有上市公司的主營業務生產石墨烯。只有幾家生產碳纖維產品的公司正在進行石墨烯產品的研制,目前都沒有大規模量產的能力。
盡管石墨烯從技術到產業再到大眾商品還需一定時日,但是搶奪石墨烯這塊蛋糕的烽火已經點燃,而且愈演愈烈,國際國內概莫能外。

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