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分析称电子行业将成石墨烯最大应用市场
2017-02-09  来源:Innova Research
关键词:石墨烯
石墨烯应用的研发高潮迭起
  目前,石墨烯被认为是最有可能取代硅材料的下一代半导体材料,其应用技术备受世界各国政府、跨国公司以及众多投资者的青睐。根据壹行研统计,截至2015年底,全球对石墨烯研发的总投入已经高达24亿美元。石墨烯材料的应用研发成为各大跨国公司研发部门追逐的热点领域。
  半导体巨头,包括英特尔和IBM,分别进行了石墨烯在高性能电子产品,如场效应晶体管(FET)和集成电路芯片中的应用研究。它们还分别联合全球知名的石墨烯研发机构,如曼彻斯特大学、麻省理工学院(MIT)、南洋理工大学(NTU)及宾州州立大学(PSU)等来持续推动石墨烯在中央处理器及芯片技术(CPU/IC)方面的研究及应用。
  化学材料巨头如巴斯夫和拜耳材料(Covestro)则侧重研发性能更好的石墨烯母料及复合材料,使其具有更优越的电子、机械和热性能,期望能应用到下游电子行业。例如巴斯夫就先后与美国的石墨烯领头企业Vorbeck Materials和西班牙的纳米材料公司Avanzare一起开发应用于电子行业的石墨烯导电涂料。
  通讯及消费电子巨头,包括三星、苹果、诺基亚、富士康、索尼、华为等等则对石墨烯改进的透明导电膜,石墨烯导电油墨、基于石墨烯的电磁和静电干扰组隔膜、石墨烯散热材料等更感兴趣。三星投资早在2014年就投资了全球最大的石墨烯生产厂商XG Sciences。三星SDI和XG Sciences还签订了联合开发协议,主要开发应用于消费电子产品的新一代石墨烯材料辅助的锂离子电池。而最近华为中央研究院瓦特实验室发布的高温锂离子电池也采用了石墨烯散热材料来实现三元锂离子电池与环境间的高效散热。据报道,该石墨烯辅助的锂离子电池能将上限使用温度提高10℃,并可将锂离子电池的使用寿命延长一倍。
石墨烯的电子应用精彩纷呈
  目前,许多专业的石墨烯生产商致力于置换石墨烯材料进入现有的电子材料体系。比如用石墨烯来替代ITO(Indium tin oxide,氧化铟锡)、活性炭、银浆等材料,来开发具有更高性价比的电子产品。具体来说,石墨烯在电子产品中的应用包括,但不限于透明导电膜(TCF)、柔性电子(flexible electronics)、逻辑器件(logic device)、传感器(sensor)、导电浆料及油墨(conductivepaste and ink)、散热材料(thermalmanagement/spreader)、电磁干扰屏蔽(EMI shielding)和静电放电保护(ESD protection)、射频识别(RFID)以及智能包装(smart packaging)等器件和系统中。
  透明导电膜是石墨烯材料最早的电子应用之一。三星电子早在2010年就和韩国成均馆大学(Sungkyunkwan University)合作开发了30英寸(76.2厘米)的基于石墨烯薄膜的透明导电膜的原型。不过,要获取完美晶格而且大尺寸的石墨烯薄膜的生产成本很高,该产品相对现有的ITO薄膜来说在成本上并无优势,高成本限制了石墨烯在大尺寸的导电膜领域的进一步发展。因此,一些石墨烯薄膜生产商,如西班牙的Graphenea和美国的Graphene Frontiers,积极改变下游产品策略,从大尺寸导电透明膜转向供应更高性能的小面积石墨烯膜的电子产品。这些新开发的应用包括了石墨烯射频识别和传感器。相关石墨烯薄膜被一些半导体和电子巨头,如英特尔、日立、阿尔卡特朗讯等采用,正处于经济研发阶段。
  石墨烯膜在触控显示屏和电子书屏幕的应用上崭露头角。在石墨烯触控屏方面国内的石墨烯膜公司在商业进程上走得更快更远。据报道,常州的二维碳素、第六元素及重庆墨希科技等国内主要石墨烯厂商开始给手机厂商供应石墨烯薄膜产品。其中,二维碳素早在2012年就和深圳力合光电以及无锡丽格光电共同开发了石墨烯电容式触控面板,并于2013年投产了年产3万平米的生产线;2015年该公司进一步联合深圳贝特莱电子发布了采用石墨烯应变感应传感器的压力触控系统Z-touch。另外,2015年3月重庆墨西科技联合影驰(GalaPad)开发的首批3万台石墨烯手机上市,该产品除了采用了石墨烯制成的触摸屏,还同时采用了石墨烯散热膜和其他含有石墨烯的器件。国内的智能手机领导品牌如小米、酷派等也在自己的手机上做了石墨烯触控屏的测试。不过,这些应用都还处于试验阶段,尚未形成持续的大批量出货。
  另一方面,石墨烯微片材料特有的印刷便利性以及优越的电子传导性能使得其在导电油墨、射频识别天线(RFID antennas)印刷以及智能包装应用领域相对于传统的导电银浆材料更有优势。具体来说,应用石墨烯粉末(微片)材料来替代传统导电油墨中较为昂贵的银浆等关键材料可以达到降低导电油墨成本的效果,同时其导电性能与基于银浆的导电油墨相当。在这方面比较领先的有全球最大的石墨烯生产商美国的XG Sciences。该公司开发了基于自己生产的XGnP石墨烯材料的针对电子行业客户的定制化石墨烯导电油墨以及石墨烯涂料。另一家全球领先的石墨烯厂商美国Vorbeck Materials也开发了基于石墨烯、替代传统印刷电子使用的导电油墨Vor-inkTM,以及基于石墨烯印刷天线的射频识别标签(RFID tags)Vor-tagTM产品,主要应用于智能包装领域。欧洲领先的石墨烯厂商、意大利的石墨烯公司Directa Plus则开发了针对印刷电子电路(printed electronics circuits)的Liquid G+石墨烯导电油墨产品。由于柔性及可穿戴电子在全球的逐步普及,可以预期石墨烯导电油墨以及基于石墨烯的射频识别标签等产品会在接下来几年时间内进一步渗透消费电子市场。
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(责任编辑:xu)
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