石墨烯是一種碳基新材料，有良好的光、電、熱、力性能，在電子信息、新材料、新能源、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域顯現(xiàn)廣闊的應用前景。
石墨烯千億風口待啟
目前，全球已有80多個國家投入石墨烯材料的研發(fā)，美、英、韓、日、歐等將石墨烯研究提升至戰(zhàn)略高度，期待它帶來巨大市場價值。
日前，工信部、發(fā)改委、科技部、財政部近期聯(lián)合印發(fā)《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》，明確提出大力發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)。多數(shù)市場機構(gòu)預測，一旦石墨烯的制備技術(shù)和應用技術(shù)實現(xiàn)突破，其潛在市場巨大，將給多個行業(yè)帶來顛覆性的改變，相關(guān)市場規(guī)模有望快速增長。公開數(shù)據(jù)顯示，目前全球石墨烯年產(chǎn)能已達到百噸級，業(yè)內(nèi)預計，未來五年到十年，石墨烯年產(chǎn)能將達到千噸級。預計到2020年達到千億之巨。
中科院院士劉忠范認為，在目前的石墨烯研發(fā)基礎(chǔ)上，未來石墨烯產(chǎn)業(yè)將在三個領(lǐng)域有重大作為。第一種是類似碳纖維的石墨烯材料，將廣泛應用于航空航天等高端裝備制造業(yè)；第二種是類似于塑料的石墨烯材料，將廣泛應用于人們的日常生活中，甚至可能在未來成為像塑料一樣普遍的材料；第三種是類似硅材料的石墨烯材料，將廣泛應用于集成電路領(lǐng)域，有望大大加速集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進而推進整個信息產(chǎn)業(yè)的再次產(chǎn)業(yè)革命。
電子行業(yè)或?qū)⒊墒┳畲髴檬袌?/strong>
石墨烯的電子應用精彩紛呈。目前，許多專業(yè)的石墨烯生產(chǎn)商致力于置換石墨烯材料進入現(xiàn)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(fā)具有更高性價比的電子產(chǎn)品。
石墨烯的電子應用，哪些將勝出？
壹行研從技術(shù)成熟度和成本下降潛力這兩個主要的指標對未來五到十年最可能大規(guī)模應用的九個石墨烯電子應用做了全面的評估。這九大石墨烯電子應用分別是導電漿料及油墨、散熱器件、射頻識別及智能包裝、電磁干擾屏蔽及靜電放電保護、觸控屏和應變感應傳感器、其他傳感器、大尺寸透明導電膜/顯示屏、場效應晶體管/單電子晶體管、集成電路芯片/中央處理器等。
圖一 石墨烯材料電子行業(yè)應用前景分析
如圖一所示，其中技術(shù)成熟度分值越高表示該石墨烯應用從技術(shù)層面更加成熟，1分是處于早期實驗室研究階段，最高5分是已經(jīng)進入了商業(yè)推廣階段；成本下降潛力代表相關(guān)石墨烯應用在成本方面的可行性，1分表示該應用領(lǐng)域使用石墨烯后成本不但沒有下降空間而且還有大幅上升，10分則表示使用石墨烯后該應用領(lǐng)域可以產(chǎn)生成本下降的空間，得分越高表示該領(lǐng)域應用石墨烯在成本上有優(yōu)勢。因此，技術(shù)成熟度得分越高且成本下降潛力分值越高的應用領(lǐng)域越比較容易實現(xiàn)大規(guī)模應用，反之，如果這兩個指標值都很低，則表示該石墨烯應用還處于技術(shù)發(fā)展的初級階段，在成本上也不具有優(yōu)勢，因而離大規(guī)模市場應用還有很長的距離。
從圖一可以看出，由石墨烯微片材料制成的導電漿料及油墨的成本下降潛力最大而且具有較高的技術(shù)成熟度，是目前最具經(jīng)濟可行性的應用。另一方面，石墨烯輔助的散熱器件在替代傳統(tǒng)散熱材料如金屬材料及活性炭等的情況下少許增加成本，但是石墨烯的添加有助于大幅度改善散熱性能，同時也延長了電子器件的壽命。在這個應用場景中對產(chǎn)品性能的改善以及增強電子元件在嚴苛環(huán)境的適應性足以抵消使用石墨烯帶來的額外增加的成本，所以可以預期在高端電子產(chǎn)品市場能形成大批量出貨。壹行研估計五年內(nèi)石墨烯在上述兩個電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應用的可能性很大。
其次，石墨烯材料在觸控屏和應變感應傳感器、電磁干擾屏蔽/靜電放電保護、射頻識別及智能包裝的應用技術(shù)成熟度等的得分也比較高。這些應用雖然陸續(xù)進入了市場導入期，但是均存在制約大規(guī)模商用的瓶頸。比如相對現(xiàn)有的其他材料體系優(yōu)勢不夠明確，下游應用市場的成熟度不夠，等等。壹行研認為，石墨烯在這些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應用在短期內(nèi)比較困難，但在中長期（五到十年）內(nèi)則有較大的可能。
再次，石墨烯薄膜應用的領(lǐng)域，包括大尺寸透明導電膜和顯示屏、其他傳感器、及邏輯器件和集成電路等其他電子應用的技術(shù)成熟度和成本下降潛力得分均較低，很多仍停留在實驗室開發(fā)和測試階段。在石墨烯膜方面，生產(chǎn)可控摻雜原子且晶格缺陷較少（完美晶型）的石墨烯薄膜仍然存在較高的技術(shù)壁壘，且大量生產(chǎn)時不同批次的產(chǎn)品質(zhì)量存在較大差異，因而導致大尺寸透明導電膜成本高企。從技術(shù)發(fā)展趨勢看，預期五到十年內(nèi)石墨烯材料在以上這些應用領(lǐng)域大規(guī)模商用的可能性較小。不過，鑒于石墨烯薄膜電子器件的一些特殊性能，這些領(lǐng)域內(nèi)的一些高價格的石墨烯器件有希望占領(lǐng)體量較小的高端細分市場，雖然其整體市場滲透率不會很高。
綜上所述，石墨烯的研發(fā)受到各國政府、跨國公司和研究機構(gòu)的重點關(guān)注。目前，電子是石墨烯的最大應用領(lǐng)域，壹行研預計電子在未來五年內(nèi)將會保持最大石墨烯應用領(lǐng)域的地位。在眾多的電子類石墨烯應用中，石墨烯導電漿料和油墨和石墨烯輔助散熱器件的技術(shù)成熟度最高，成本下降潛力最大，因而在五年內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)出貨的可能性最大。
