分析稱電子行業將成石墨烯最大應用市場
2017-02-09 來源:Innova Research
關鍵詞:石墨烯
石墨烯應用的研發高潮迭起
目前,石墨烯被認為是最有可能取代硅材料的下一代半導體材料,其應用技術備受世界各國政府、跨國公司以及眾多投資者的青睞。根據壹行研統計,截至2015年底,全球對石墨烯研發的總投入已經高達24億美元。石墨烯材料的應用研發成為各大跨國公司研發部門追逐的熱點領域。
半導體巨頭,包括英特爾和IBM,分別進行了石墨烯在高性能電子產品,如場效應晶體管(FET)和集成電路芯片中的應用研究。它們還分別聯合全球知名的石墨烯研發機構,如曼徹斯特大學、麻省理工學院(MIT)、南洋理工大學(NTU)及賓州州立大學(PSU)等來持續推動石墨烯在中央處理器及芯片技術(CPU/IC)方面的研究及應用。
化學材料巨頭如巴斯夫和拜耳材料(Covestro)則側重研發性能更好的石墨烯母料及復合材料,使其具有更優越的電子、機械和熱性能,期望能應用到下游電子行業。例如巴斯夫就先后與美國的石墨烯領頭企業Vorbeck Materials和西班牙的納米材料公司Avanzare一起開發應用于電子行業的石墨烯導電涂料。
通訊及消費電子巨頭,包括三星、蘋果、諾基亞、富士康、索尼、華為等等則對石墨烯改進的透明導電膜,石墨烯導電油墨、基于石墨烯的電磁和靜電干擾組隔膜、石墨烯散熱材料等更感興趣。三星投資早在2014年就投資了全球最大的石墨烯生產廠商XG Sciences。三星SDI和XG Sciences還簽訂了聯合開發協議,主要開發應用于消費電子產品的新一代石墨烯材料輔助的鋰離子電池。而最近華為中央研究院瓦特實驗室發布的高溫鋰離子電池也采用了石墨烯散熱材料來實現三元鋰離子電池與環境間的高效散熱。據報道,該石墨烯輔助的鋰離子電池能將上限使用溫度提高10℃,并可將鋰離子電池的使用壽命延長一倍。
石墨烯的電子應用精彩紛呈
目前,許多專業的石墨烯生產商致力于置換石墨烯材料進入現有的電子材料體系。比如用石墨烯來替代ITO(Indium tin oxide,氧化銦錫)、活性炭、銀漿等材料,來開發具有更高性價比的電子產品。具體來說,石墨烯在電子產品中的應用包括,但不限于透明導電膜(TCF)、柔性電子(flexible electronics)、邏輯器件(logic device)、傳感器(sensor)、導電漿料及油墨(conductivepaste and ink)、散熱材料(thermalmanagement/spreader)、電磁干擾屏蔽(EMI shielding)和靜電放電保護(ESD protection)、射頻識別(RFID)以及智能包裝(smart packaging)等器件和系統中。
透明導電膜是石墨烯材料最早的電子應用之一。三星電子早在2010年就和韓國成均館大學(Sungkyunkwan University)合作開發了30英寸(76.2厘米)的基于石墨烯薄膜的透明導電膜的原型。不過,要獲取完美晶格而且大尺寸的石墨烯薄膜的生產成本很高,該產品相對現有的ITO薄膜來說在成本上并無優勢,高成本限制了石墨烯在大尺寸的導電膜領域的進一步發展。因此,一些石墨烯薄膜生產商,如西班牙的Graphenea和美國的Graphene Frontiers,積極改變下游產品策略,從大尺寸導電透明膜轉向供應更高性能的小面積石墨烯膜的電子產品。這些新開發的應用包括了石墨烯射頻識別和傳感器。相關石墨烯薄膜被一些半導體和電子巨頭,如英特爾、日立、阿爾卡特朗訊等采用,正處于經濟研發階段。
石墨烯膜在觸控顯示屏和電子書屏幕的應用上嶄露頭角。在石墨烯觸控屏方面國內的石墨烯膜公司在商業進程上走得更快更遠。據報道,常州的二維碳素、第六元素及重慶墨希科技等國內主要石墨烯廠商開始給手機廠商供應石墨烯薄膜產品。其中,二維碳素早在2012年就和深圳力合光電以及無錫麗格光電共同開發了石墨烯電容式觸控面板,并于2013年投產了年產3萬平米的生產線;2015年該公司進一步聯合深圳貝特萊電子發布了采用石墨烯應變感應傳感器的壓力觸控系統Z-touch。另外,2015年3月重慶墨西科技聯合影馳(GalaPad)開發的首批3萬臺石墨烯手機上市,該產品除了采用了石墨烯制成的觸摸屏,還同時采用了石墨烯散熱膜和其他含有石墨烯的器件。國內的智能手機領導品牌如小米、酷派等也在自己的手機上做了石墨烯觸控屏的測試。不過,這些應用都還處于試驗階段,尚未形成持續的大批量出貨。
另一方面,石墨烯微片材料特有的印刷便利性以及優越的電子傳導性能使得其在導電油墨、射頻識別天線(RFID antennas)印刷以及智能包裝應用領域相對于傳統的導電銀漿材料更有優勢。具體來說,應用石墨烯粉末(微片)材料來替代傳統導電油墨中較為昂貴的銀漿等關鍵材料可以達到降低導電油墨成本的效果,同時其導電性能與基于銀漿的導電油墨相當。在這方面比較領先的有全球最大的石墨烯生產商美國的XG Sciences。該公司開發了基于自己生產的XGnP石墨烯材料的針對電子行業客戶的定制化石墨烯導電油墨以及石墨烯涂料。另一家全球領先的石墨烯廠商美國Vorbeck Materials也開發了基于石墨烯、替代傳統印刷電子使用的導電油墨Vor-inkTM,以及基于石墨烯印刷天線的射頻識別標簽(RFID tags)Vor-tagTM產品,主要應用于智能包裝領域。歐洲領先的石墨烯廠商、意大利的石墨烯公司Directa Plus則開發了針對印刷電子電路(printed electronics circuits)的Liquid G+石墨烯導電油墨產品。由于柔性及可穿戴電子在全球的逐步普及,可以預期石墨烯導電油墨以及基于石墨烯的射頻識別標簽等產品會在接下來幾年時間內進一步滲透消費電子市場。
目前,石墨烯被認為是最有可能取代硅材料的下一代半導體材料,其應用技術備受世界各國政府、跨國公司以及眾多投資者的青睞。根據壹行研統計,截至2015年底,全球對石墨烯研發的總投入已經高達24億美元。石墨烯材料的應用研發成為各大跨國公司研發部門追逐的熱點領域。
半導體巨頭,包括英特爾和IBM,分別進行了石墨烯在高性能電子產品,如場效應晶體管(FET)和集成電路芯片中的應用研究。它們還分別聯合全球知名的石墨烯研發機構,如曼徹斯特大學、麻省理工學院(MIT)、南洋理工大學(NTU)及賓州州立大學(PSU)等來持續推動石墨烯在中央處理器及芯片技術(CPU/IC)方面的研究及應用。
化學材料巨頭如巴斯夫和拜耳材料(Covestro)則側重研發性能更好的石墨烯母料及復合材料,使其具有更優越的電子、機械和熱性能,期望能應用到下游電子行業。例如巴斯夫就先后與美國的石墨烯領頭企業Vorbeck Materials和西班牙的納米材料公司Avanzare一起開發應用于電子行業的石墨烯導電涂料。
通訊及消費電子巨頭,包括三星、蘋果、諾基亞、富士康、索尼、華為等等則對石墨烯改進的透明導電膜,石墨烯導電油墨、基于石墨烯的電磁和靜電干擾組隔膜、石墨烯散熱材料等更感興趣。三星投資早在2014年就投資了全球最大的石墨烯生產廠商XG Sciences。三星SDI和XG Sciences還簽訂了聯合開發協議,主要開發應用于消費電子產品的新一代石墨烯材料輔助的鋰離子電池。而最近華為中央研究院瓦特實驗室發布的高溫鋰離子電池也采用了石墨烯散熱材料來實現三元鋰離子電池與環境間的高效散熱。據報道,該石墨烯輔助的鋰離子電池能將上限使用溫度提高10℃,并可將鋰離子電池的使用壽命延長一倍。
石墨烯的電子應用精彩紛呈
目前,許多專業的石墨烯生產商致力于置換石墨烯材料進入現有的電子材料體系。比如用石墨烯來替代ITO(Indium tin oxide,氧化銦錫)、活性炭、銀漿等材料,來開發具有更高性價比的電子產品。具體來說,石墨烯在電子產品中的應用包括,但不限于透明導電膜(TCF)、柔性電子(flexible electronics)、邏輯器件(logic device)、傳感器(sensor)、導電漿料及油墨(conductivepaste and ink)、散熱材料(thermalmanagement/spreader)、電磁干擾屏蔽(EMI shielding)和靜電放電保護(ESD protection)、射頻識別(RFID)以及智能包裝(smart packaging)等器件和系統中。
透明導電膜是石墨烯材料最早的電子應用之一。三星電子早在2010年就和韓國成均館大學(Sungkyunkwan University)合作開發了30英寸(76.2厘米)的基于石墨烯薄膜的透明導電膜的原型。不過,要獲取完美晶格而且大尺寸的石墨烯薄膜的生產成本很高,該產品相對現有的ITO薄膜來說在成本上并無優勢,高成本限制了石墨烯在大尺寸的導電膜領域的進一步發展。因此,一些石墨烯薄膜生產商,如西班牙的Graphenea和美國的Graphene Frontiers,積極改變下游產品策略,從大尺寸導電透明膜轉向供應更高性能的小面積石墨烯膜的電子產品。這些新開發的應用包括了石墨烯射頻識別和傳感器。相關石墨烯薄膜被一些半導體和電子巨頭,如英特爾、日立、阿爾卡特朗訊等采用,正處于經濟研發階段。
石墨烯膜在觸控顯示屏和電子書屏幕的應用上嶄露頭角。在石墨烯觸控屏方面國內的石墨烯膜公司在商業進程上走得更快更遠。據報道,常州的二維碳素、第六元素及重慶墨希科技等國內主要石墨烯廠商開始給手機廠商供應石墨烯薄膜產品。其中,二維碳素早在2012年就和深圳力合光電以及無錫麗格光電共同開發了石墨烯電容式觸控面板,并于2013年投產了年產3萬平米的生產線;2015年該公司進一步聯合深圳貝特萊電子發布了采用石墨烯應變感應傳感器的壓力觸控系統Z-touch。另外,2015年3月重慶墨西科技聯合影馳(GalaPad)開發的首批3萬臺石墨烯手機上市,該產品除了采用了石墨烯制成的觸摸屏,還同時采用了石墨烯散熱膜和其他含有石墨烯的器件。國內的智能手機領導品牌如小米、酷派等也在自己的手機上做了石墨烯觸控屏的測試。不過,這些應用都還處于試驗階段,尚未形成持續的大批量出貨。
另一方面,石墨烯微片材料特有的印刷便利性以及優越的電子傳導性能使得其在導電油墨、射頻識別天線(RFID antennas)印刷以及智能包裝應用領域相對于傳統的導電銀漿材料更有優勢。具體來說,應用石墨烯粉末(微片)材料來替代傳統導電油墨中較為昂貴的銀漿等關鍵材料可以達到降低導電油墨成本的效果,同時其導電性能與基于銀漿的導電油墨相當。在這方面比較領先的有全球最大的石墨烯生產商美國的XG Sciences。該公司開發了基于自己生產的XGnP石墨烯材料的針對電子行業客戶的定制化石墨烯導電油墨以及石墨烯涂料。另一家全球領先的石墨烯廠商美國Vorbeck Materials也開發了基于石墨烯、替代傳統印刷電子使用的導電油墨Vor-inkTM,以及基于石墨烯印刷天線的射頻識別標簽(RFID tags)Vor-tagTM產品,主要應用于智能包裝領域。歐洲領先的石墨烯廠商、意大利的石墨烯公司Directa Plus則開發了針對印刷電子電路(printed electronics circuits)的Liquid G+石墨烯導電油墨產品。由于柔性及可穿戴電子在全球的逐步普及,可以預期石墨烯導電油墨以及基于石墨烯的射頻識別標簽等產品會在接下來幾年時間內進一步滲透消費電子市場。
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(責任編輯:xu)