石墨烯是一種以sp²雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料。石墨烯中碳碳鍵能比較高,利用原子力顯微鏡(AFM)對石墨烯的強度的研究表明,其楊氏模量能達到1.0TPa,是鋼材強度的200倍。石墨烯的導熱系數高達5300W/m·K,高于碳納米管和金剛石。最后由于碳原子的化學穩定性高,石墨烯抗酸抗堿性能也極優越。
按照產品層數,石墨烯可以分為單層、雙層以及多層產品。單層石墨烯是指由一層以苯環結構周期性緊密堆積的碳原子所構成的二維碳材料:雙層石墨烯是指由兩層以苯環結構周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式所構成的二維碳材料;多層石墨烯是指由三到十層以苯環結構周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式所構成的二維碳材料。
根據中研普華產業研究院發布的《2024-2029年中國石墨烯行業市場深度調研及投資策略預測報告》顯示:
自《中國制造2025》將新材料確定為十大重點領域之一,并在隨后公布的《〈中國制造2025〉重點領域技術路線圖(2015版)》中,明確產業需求、目標、重點產品及關鍵技術,確立石墨烯等新材料產業發展路線。
相比發達國家,中國石墨烯行業起步較晚,至今主要經歷了材料發現階段(2004-2012年)、產業形成階段(2013-2016年)、研究突破階段(2017年以來)三個階段。特別是自2017年以來,中國在石墨烯材料的研究領域不斷取得突破,如在實驗室內制備出了最小尺寸的納米通道以及生產出了首款石墨烯基鋰離子電池充電寶等。得益于中國政府政策的支持和產業資金的持續投入,中國石墨烯研發水平逐步提高,已進入研發技術突破階段,中國石墨相下游中高端產品的種類在這一時期也呈現增長態勢,石墨烯超級電容、石墨烯電子器件以及石墨烯柔性膜等產品相繼問世。
工信部發布《中國制造2025重點領域技術路線圖》中,指出石墨烯材料集多種優異性能于一體,是主導未來高科技競爭的超級材料,廣泛應用于電子信息、新能源、航空航天以及柔性電子等領域,可極大推動相關產業的快速發展和升級換代,市場前景巨大,有望催生產業規模千億元。
根據規劃,到2025年,高質量石墨烯粉體年產達可達萬噸級以上,薄膜年產達上億平方米,實現8英寸石墨烯芯片批量生產,突破石墨烯在電子信息領域應用的技術瓶頸,整體產業規模突破千億。
按產品形態分,石墨烯產品可以分為石墨烯粉體與石墨烯薄膜兩種,在制備工藝上、原材料以及應用領域方面都有一定的差異。石墨烯粉體和石墨烯薄膜目前是石墨烯材料的兩種主要形式,前者多摻雜在其他材料中使用,多應用于涂料和鋰離子電池領域;石墨烯薄膜則因透明、導電、柔性好等優點,在電子、光子及光電設備領域的應用十分廣泛,極具發展前景。數據顯示, 2016年我國石墨烯材料市場規模為9560萬元,2023年我國石墨烯材料市場規模增長至87242萬元。其中2016年我國石墨烯粉體市場規模為8739萬元,2022年我國石墨烯粉體市場規模增長至64635萬元,2023年增長至87242萬元。
石墨烯產業鏈上游主要包括石墨、碳化硅、甲烷、乙烯等;設備主要有化學氣相沉積工藝設備、機械剝離工藝用設備、纖維工藝用設備等;中游主要有石墨烯粉體、石墨烯薄膜、石墨烯漿料、石墨烯纖維、石墨烯改性復合材料等;石墨烯下游主要應用于移動設備、航空航天、新能源電池和醫藥等領域。
中國石墨礦床主要分布于華北地塊、揚子地塊周緣、天山—興蒙造山帶和秦祁昆造山帶,石墨礦產地分布廣泛,礦石種類齊全,以晶質石墨為主,隱晶質石墨為次,而儲量又相對集中于少數成礦最有利的地區。我國石墨烯目前應用最廣泛的下游領域是新能源相關領域,其中,石墨烯在防腐涂料、復合材料、生物傳感器等領域的應用也占額較多且備受關注。
根據中研普華產業研究院發布的《2024-2029年中國石墨烯行業市場深度調研及投資策略預測報告》顯示:
目前,我國江蘇作為石墨烯發展先行省份,已經形成了具有一定規模的石墨烯產業集群。隨著石墨烯應用范圍的不斷擴大,我國山東、江蘇、福建、四川等行業發達地區都有了較為明確的發展目標,其中福建、寧波和四川的規劃石墨烯產業規模到達千億級別。其他省份,如廣西、河北都將打造石墨烯產業集群作為未來重點發展行業進行規劃。隨著地方政府的積極介入,未來石墨烯未來產業集群化發展有望加速。
中國石墨烯產業呈現的競爭態勢為國外企業技術領先,國內企業制造領先。石墨行業競爭格局中第-梯隊由貝特瑞、方大碳素、碳元科技、沃特新材料等營收規模較大,已經擁有完整的石墨烯生產線并且實現規模化經營的龍頭上市企業組成,該類公司在國內國外均有較為成熟的銷售網絡,市占率較高。第二梯隊主要常州第六元素、二維碳素、寧波墨西、南京先豐納米吉倉納米等進入行業較早,擁有較強的研發能力和全國范圍的銷售網絡的代表企業。該類企業依托國內的政策支持,人才回流等紅利,有較強的研發能力,未來發展潛力較大。第三梯隊其他中小型石墨烯生產制造公司,該梯隊中企業較多,市占率均不高,競爭格局較為分散。
石墨烯是主導未來高科技競爭的超級材料,廣泛應用于電子信息、新能源、航空航天以及柔性電子等領域,可極大推動相關產業的快速發展和升級換代,市場前景巨大,到2025年,整體產業規模預計突破千億,年均復合增長率接近50%。
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