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遲遲不見成效,石墨烯還能叫“材料之王”?

2019-04-28
關(guān)鍵詞: 薄膜材料 集成電路 石墨烯

  任正非曾預(yù)言這個時代將來最大的顛覆,是石墨烯時代顛覆硅時代。2018年,石墨烯在華為mate 20手機(jī)上成功實現(xiàn)應(yīng)用,標(biāo)志著我國石墨烯熱管理材料的產(chǎn)業(yè)化步入了一個新階段。盡管如此,石墨烯這個“材料之王”仍脫不掉“等待突破”的標(biāo)簽。

  任正非曾預(yù)言這個時代將來最大的顛覆,是石墨烯時代顛覆硅時代。2018年,石墨烯在華為mate 20手機(jī)上成功實現(xiàn)應(yīng)用,標(biāo)志著我國石墨烯熱管理材料的產(chǎn)業(yè)化步入了一個新階段。盡管如此,石墨烯這個“材料之王”仍脫不掉“等待突破”的標(biāo)簽。

  集萬千優(yōu)勢于一身曾遭過度熱捧,2019值得期待

  石墨烯是近十幾年來炙手可熱的二維材料,最早由英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家于2004年成功制備,2010年諾貝爾物理學(xué)獎將其推成了納米材料的新貴。集優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性能于一身,可在復(fù)合材料、觸摸屏、集成電路、超級電容等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用,被譽為21世紀(jì)的神奇材料、萬能材料、超級材料等。

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  例如,市場主要使用2D硅基集成電路,而隨著集成電路面積單純的2D縮小已經(jīng)逼近摩爾極限,向3D發(fā)展成為趨勢,而3D集成電路存在散熱、電路串?dāng)_及制造工藝等問題,石墨烯在3D集成電路領(lǐng)域的應(yīng)用引起了研究人員的關(guān)注,提出具有石墨烯屏蔽效應(yīng)的3D集成電路、石墨烯作為靜電阻抗器的3D集成電路、在3D芯片中增加石墨烯層解決散熱問題等。

  也正因此,石墨烯自問世以來就被市場賦予了極高的期待,導(dǎo)致了一哄而上、被過度熱捧的亂象,隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、市場的調(diào)整,目前石墨烯市場也更加理性。

  2019年,我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢值得期待。賽迪智庫研究表明,2019年我國石墨烯市場規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大、市場發(fā)展更加理性、全產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善。

  而其推動因素來自于多個方面,例如標(biāo)準(zhǔn)制定、政策、資本、研發(fā)等。

  在標(biāo)準(zhǔn)制定方面,據(jù)中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟統(tǒng)計,截至2018年底,正在制定的石墨烯國家標(biāo)準(zhǔn)有7項,地方標(biāo)準(zhǔn)5項,行業(yè)/企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)近40項,覆蓋了石墨烯的基礎(chǔ)通用、表征與測量、環(huán)境、產(chǎn)品規(guī)范、應(yīng)用等多個領(lǐng)域。

  在政策方面,2018年多份政策都將石墨烯寫入其中,例如國家統(tǒng)計局發(fā)布《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類(2018)》,包括新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、新材料產(chǎn)業(yè)、節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)、數(shù)字創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)、相關(guān)服務(wù)業(yè)等9大領(lǐng)域,提及石墨烯粉體、石墨烯薄膜入選;泉州市出臺《泉州市石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖(2018—2025年)》;廣西省正式出臺《廣西石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展工作方案》等。在工信部2018年公示的《2017年重點新材料首批次應(yīng)用保險補償試點工作擬補助項目》中有4個項目涉及到石墨烯。

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  在組織機(jī)構(gòu)方面,2018年北京石墨烯研究院揭牌成立、國家級石墨烯質(zhì)檢中心落戶無錫、西安絲路石墨烯創(chuàng)新中心揭牌成立、西安絲路石墨烯創(chuàng)新中心揭牌成立等。石墨烯研究院、產(chǎn)業(yè)園、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等成立,可促使產(chǎn)業(yè)上下游聯(lián)動發(fā)展的格局更加深化,著力打通石墨烯基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)需求間缺失的環(huán)節(jié),使石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈也將更加完善。

  這為石墨烯2019年發(fā)展之路,起到了引領(lǐng)、促進(jìn)及規(guī)范的作用。

  此外,值得注意的是,投資市場對石墨烯的認(rèn)識從狂熱到趨于冷靜。

  我國石墨烯版圖

  據(jù)中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟統(tǒng)計,我國石墨烯單位已經(jīng)超過4800家,涉及石墨烯材料制備、應(yīng)用開發(fā)、終端應(yīng)用等各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在材料制備領(lǐng)域,石墨烯粉體和薄膜兩類企業(yè)超300家;應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)超過600家。

  從產(chǎn)業(yè)集聚度來看,目前我國大多數(shù)石墨烯公司分布在東部沿海一帶,尤其是長三角、珠三角、京津冀魯聚合區(qū)。

  江蘇是我國較早發(fā)展石墨烯的省份,擁有江蘇省石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟(產(chǎn)學(xué)研合作載體)、江南石墨烯研究院、江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院石墨烯材料研究所等。常州石墨烯小鎮(zhèn)是江蘇省最具代表、領(lǐng)航作用的石墨烯產(chǎn)業(yè)聚集地,相關(guān)企業(yè)超過100家,其中石墨烯原材料制備企業(yè)數(shù)量約占全國總數(shù)一半,甚至在業(yè)內(nèi)有“全國石墨烯產(chǎn)業(yè)一半天下在常州”的說法。

  據(jù)常州石墨烯小鎮(zhèn)官方介紹,常州市在石墨烯粉體和透明薄膜兩大基礎(chǔ)性原材料上率先實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn),其中粉體產(chǎn)量約占全國50%以上,薄膜產(chǎn)量約占全國80%以上。全球第一條年產(chǎn)100噸石墨烯粉體生產(chǎn)線、全球第一條3萬平方米CVD法石墨烯透明導(dǎo)電薄膜生產(chǎn)線等,多個全球或全國第一的紀(jì)錄在這里誕生。

  京津冀于2015年便成立了京津冀石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,旨在整合三地資源,加速推進(jìn)低成本石墨烯及裝備技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,形成京津冀戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)高地。2016年,中國最頂尖的石墨烯研究機(jī)構(gòu)——北京石墨烯研究院(BGI)也成立了,發(fā)展布局為掌控石墨烯材料制備與產(chǎn)業(yè)化裝備核心技術(shù)、面向企業(yè)需求開展高端研發(fā)代工、打造石墨烯眾創(chuàng)空間推動協(xié)同創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)培育,定位于引領(lǐng)石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)策源地、高科技產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新機(jī)制與創(chuàng)新文化示范區(qū)、全球石墨烯高端人才匯聚地、石墨烯產(chǎn)業(yè)資源協(xié)同聚集體及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高地等。

  2月25日,北京石墨烯研究院標(biāo)號石墨烯材料研究等3項課題順利通過北京市科委驗收,標(biāo)志著BGI在石墨烯材料標(biāo)號規(guī)則研制及高品質(zhì)石墨烯薄膜制備、石墨烯玻璃低溫快速生長、石墨烯粉體綠色制備等石墨烯核心材料研究領(lǐng)域取得了重要的技術(shù)突破。

  可見,京津冀發(fā)展石墨烯優(yōu)勢在于“科研資源”豐富。

  山東地區(qū)的石墨烯產(chǎn)業(yè)主要集中在青島和濟(jì)寧等地。經(jīng)過幾年的發(fā)展,山東已初步形成從石墨烯原材料、設(shè)備到應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈雛形。

  青島申報的“國家火炬青島石墨烯及先進(jìn)碳材料特色產(chǎn)業(yè)基地”于2015年獲批建設(shè),標(biāo)志青島以石墨烯為引領(lǐng)的先進(jìn)碳材料產(chǎn)業(yè)正式進(jìn)入國家產(chǎn)業(yè)布局版圖。2018年,《青島市石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018-2025)》發(fā)布,成為首個市級石墨烯專項規(guī)劃,青島將大力推進(jìn)石墨烯的技術(shù)攻關(guān)與產(chǎn)業(yè)化,到2025年打造成北方領(lǐng)先的石墨烯應(yīng)用示范城市、打造超過百億級的石墨烯產(chǎn)業(yè)價值鏈。

  青島發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)有資源方面的優(yōu)勢,它是我國石墨資源三大主要產(chǎn)地之一,占全國石墨礦產(chǎn)儲量的20%以上,并且品質(zhì)高、開采難度低。

  珠三角地區(qū)石墨烯產(chǎn)業(yè)以深圳為核心。2018年深圳石墨烯制造業(yè)創(chuàng)新中心正式投入使用,示范基地承擔(dān)了深圳市在石墨烯產(chǎn)業(yè)上共性技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品檢驗檢測、標(biāo)準(zhǔn)研究制定、項目孵化培育等公共服務(wù)職能。光明區(qū)是深圳石墨烯產(chǎn)業(yè)的重要空間承載地,貝特瑞新能源材料有限公司和華星光電是該區(qū)的石墨烯示范性企業(yè)。

  深圳發(fā)展石墨烯的優(yōu)勢在于廣闊的應(yīng)用市場,能源、新材料、電子信息、可穿戴設(shè)備、電動汽車等諸多領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)集群發(fā)達(dá)。

  此外,南京、無錫、泰州、寧波、重慶、贛州等地在石墨烯領(lǐng)域也有相應(yīng)的布局。

  國家集成電路石墨烯新材料基因組計劃

  美國于2011率先提出“材料基因組計劃”。我國科學(xué)家立即捕捉到該計劃所釋放出的重要信息,并于2012年在中國工程院和中國科學(xué)院的推動下,啟動了“中國版材料基因組計劃”。

  國家石墨烯應(yīng)用產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟常務(wù)副理事長兼秘書長趙猛博士曾在2018年創(chuàng)造性地提出國家集成電路石墨烯新材料基因組計劃,并透露國家集成電路石墨烯新材料基因組計劃一期首推十七大工程,即石墨烯半導(dǎo)體晶圓、石墨烯芯片、石墨烯載帶、全功能石墨烯集成電路、石墨烯觸摸屏、石墨烯材料閃存原型、石墨烯U盤、石墨烯量子晶體管、石墨烯處理器、石墨烯濕度傳感器、石墨烯圖像傳感器、石墨烯導(dǎo)電漿料、石墨烯復(fù)合膜、石墨烯LED燈、石墨烯超級電池、石墨烯太陽能電池。

  夢想實現(xiàn)過程仍有攔路石

  盡管石墨烯產(chǎn)業(yè)看似繁華,但背后卻滿是傷感。

  因為,石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程卻不盡人意。在規(guī)模化生產(chǎn)方面技術(shù)成熟度不高,存在不同批次石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、性能差異性大等問題,產(chǎn)品質(zhì)量難以保障;粉體材料產(chǎn)品存在尺寸和層數(shù)不均勻等問題、薄膜材料存在結(jié)構(gòu)缺陷及轉(zhuǎn)移過程帶來表面污染的情況。此外,由于石墨烯產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)并不是很完善,并受限于檢測方式有限等原因,造成石墨烯材料市場出現(xiàn)以次充好、魚龍混雜的現(xiàn)象。

  不過,可以相信的是,隨著技術(shù)的成熟度越來越高以及資本市場、政府政策的大力推動,或許不用很久石墨烯將可以掀起電子科技領(lǐng)域的下一場革命。


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