石墨烯的理論研究始于1947年,迄今已有70年的歷史。但真正能夠獨(dú)立存在的二維石墨烯晶體則是出現(xiàn)在2004年:英國曼徹斯特大學(xué)天文物理學(xué)教授AndreK.Geim領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用微機(jī)械剝離方法*獲得了石墨烯。由于具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性能,有望在高性能納電子器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料、氣體傳感器、能量儲存等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,石墨烯近年來迅速成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
在石墨烯*被發(fā)現(xiàn)后,關(guān)于石墨烯技術(shù)的研究不斷取得令人振奮的進(jìn)展。在石墨烯的制備領(lǐng)域,如何實(shí)現(xiàn)低成本、高質(zhì)量、可控生產(chǎn)是當(dāng)前研究熱點(diǎn);在石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域,則是半導(dǎo)體、電子、材料、生物工程等多點(diǎn)開花。
石墨烯目前還處在研發(fā)階段,各國對于這個(gè)新興材料還處于一個(gè)專利布局期,尚還沒有出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化動向,整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈也還沒有形成。目前制備石墨烯的技術(shù)工藝不成熟,還沒有達(dá)到一致性的品質(zhì),而且成品面積都非常小,不能適應(yīng)工業(yè)化應(yīng)用,但高達(dá)2000元/克的產(chǎn)品價(jià)格和廣闊的市場前景更是讓各方對石墨烯研究一直沒有停止過。
新興技術(shù)的發(fā)展離不開政策的支持與引導(dǎo)。在2010年石墨烯發(fā)現(xiàn)者獲得諾貝爾獎以后,不僅全球科研界競相關(guān)注,各國政府也加大了石墨烯研發(fā)的支持力度,希望在這新一輪石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的競爭中搶占先機(jī)。在石墨烯大國中,歐盟及其成員國、美國、日本和韓國較先開展相關(guān)的戰(zhàn)略部署,出臺了各項(xiàng)支持政策和研究扶持計(jì)劃,走在了全球石墨烯研究與產(chǎn)業(yè)化的前列。
石墨烯尚未形成產(chǎn)業(yè)化,售價(jià)非常的高,目前國內(nèi)的售價(jià)在2000元/克以上,接近于黃金價(jià)格的十倍左右。石墨烯憑借其特殊的物理結(jié)構(gòu)和特質(zhì),在多個(gè)領(lǐng)域都將帶來革命性的變革,一旦量產(chǎn)必將成為下一個(gè)萬億級的產(chǎn)業(yè)。
發(fā)達(dá)國家聚焦石墨烯功能器件研發(fā)和應(yīng)用,未來5-10年全球石墨烯市場將進(jìn)入高速發(fā)展期。美、歐、日、韓等地區(qū)密集發(fā)布政策,扶持石墨烯功能器件研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。歐美企業(yè)占據(jù)全球石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié),石墨烯制備技術(shù),復(fù)合材料、核心電子元件等應(yīng)用產(chǎn)品保持*優(yōu)勢,亞洲石墨烯應(yīng)用市場前景向好。
數(shù)據(jù)顯示,2016年石墨烯全球市場規(guī)模為755萬美元,隨著石墨烯制備技術(shù)進(jìn)一步推動規(guī);瘧(yīng)用,五至十年內(nèi)市場將進(jìn)入高速發(fā)展期,到2020年市場規(guī)?蛇_(dá)到3.85億美元,2025年全球規(guī)模有望達(dá)到21.03億美元。
根據(jù)石墨烯的不同特性和發(fā)展難度,我們總結(jié)了以下發(fā)展路徑:
◆首先,目前石墨烯粉體和薄膜產(chǎn)品己經(jīng)具備了量產(chǎn)的可能性,相對應(yīng)的如導(dǎo)電導(dǎo)熱添加劑、防腐散熱材料、復(fù)合材料及觸摸屏應(yīng)用領(lǐng)域也有望*早實(shí)現(xiàn)突破。
◆其次,石墨烯高導(dǎo)電性、高比容量和比表面積的特性己經(jīng)被嘗試用于改善超級電容的能量密度和充放電速度;另外由于其光線敏感度是普通傳感器的1000倍,傳感器應(yīng)用也有望作為中期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
◆*后,石墨烯想象空間*大的領(lǐng)域是對硅的替代,成為下一代超高頻率晶體管的基礎(chǔ)材料,應(yīng)用于高性能集成電路和新型納米電子器件中。計(jì)算機(jī)速度的提升要求元件集成密度進(jìn)一步提高,然而硅在尺寸縮小方面己經(jīng)進(jìn)入瓶頸,IBM未來5年將投入30億美元在后硅時(shí)代技術(shù)部署,石墨烯為重要的技術(shù)方向之一。然而由于石墨烯本身為導(dǎo)體,單層石墨烯沒有帶隙(BandGap),無法實(shí)現(xiàn)邏輯電路必需的晶體管開關(guān)功能,需要人工植入帶隙或采用復(fù)合材料的方法,工藝復(fù)雜性程度大幅提高,在微電子領(lǐng)域廣泛使用還有待時(shí)日。