美國石墨烯產業發展概況:多元布局 體系完善 國防特色鮮明
美國早在2008年就開始在國家層面開展石墨烯相關研究,投資力度較大,石墨烯產業化和應用進程相對較快。美國石墨烯領域的基礎研究及相關產業化布局主要由國家科學基金(NSF)、美國能源部(DOE)、美國國防部(DOD)等政府機構主導,重點支持石墨烯晶體管、能量存儲、超級電容器、生物技術等領域。
當前,美國石墨烯產業布局呈現多元化,并且產業鏈相對完整,基本覆蓋了從制備及應用研究→產品→下游應用的整個環節,科研院所與企業關系較為密切,科技成果轉化速率也更快。美國涉足石墨烯的企業不僅有諸如IBM、英特爾、波音、福特等的研發實力強勁的大型企業,還有像美國納米技術儀器公司、 沃爾貝克公司等以石墨烯為其核心業務的中小型企業,他們對美國的石墨烯技術產生深遠的影響。同時值得注意的是,獨具特色的是,美國是當前全球石墨烯領域唯一有軍隊、國防部高程度支持研發與推廣的國家,其美國能源部(DOE)、美國國防部(DOD)、美國空軍科研辦公室、美國太空總署(NASA)等多次出臺政策與資金支持石墨烯研究。
IBM公司主要從事石墨烯場效應晶體管和介電層相關研究,其在石墨烯領域的成果也是格外引人矚目:2010年研制出首款由晶圓尺寸石墨烯制成的集成電路,2014年制備出全球首個多級石墨烯射頻接收器,其雄厚的物質基礎和強勁的研發實力,也將支撐其石墨烯產品的創新升級;福特公司更是將石墨烯應用到汽車發動機降噪環節中,在燃油分供管、引擎及各種泵上使用石墨烯,有助于減少引擎蓋下噪音。福特公司宣稱,未來將集成石墨烯組件,覆蓋于F-150和野馬車型,并且還會拓展至其他系列;美國石墨烯和二維材料生產商Grolltex 宣布 完成其最近的產能擴張,其在加利福尼亞州圣地亞哥的化學氣相沉積(CVD)單層石墨烯制造廠每年可生產30,000個8 英寸石墨烯晶圓(在不同基底上)產品。該公司是專門從事可持續石墨烯生產方法的專業公司,并致力于推動石墨烯領域的發展,通過優化單原子厚材料來改善前沿材料科學和產品設計的未來。
此外,威廉馬歇萊思大學在碳材料研究領域有深厚的技術沉淀,在石墨烯制備、石墨烯功能化以及石墨烯柔性顯示、傳感器等領域有深入研究和成果;德克薩斯大學在石墨烯制備技術尤其是化學氣相沉積(CVD)法制備石墨烯膜方面對相關技術和機理有深入研究,其在能源儲存領域的研究成果引領全球發展。
歐洲石墨烯產業發展概況:未來戰略布局 基礎研究扎實產業進程緩慢
歐盟的石墨烯研究起步早且系統性強,并將石墨烯研究提升至戰略高度,資金支持力度大,基礎研究扎實。但是,由于涉足下游應用的企業較少,產業化進程推進較慢。作為歐洲有史以來規模最大的研究計劃,石墨烯旗艦計劃將展示石墨烯如何在人們的生活中發揮越來越大的作用。該計劃在 2018 年 9 月再次進行了更新。最新的歐盟旗艦計劃技術和創新路線圖展示了石墨烯從實驗室過渡到工 業應用的各種途徑,并確定了何時可以將石墨烯應用于不同應用領域的時間表。其工業化團隊致力于確定石墨烯可以填補利基市場或特別適合解決行業問題的特定市場,并專門探討了超級電容器,防腐蝕,鋰離子電池和神經接口等四個可商業化的領域。
2019 世界移動通信大會上,由Graphene旗艦組織的石墨烯展館重點展示“未來的電話”、“未來的可穿戴設備”和“未來的家園”,并將重點關注石墨烯和相關材料的連接重要性,從單個連接設備到完整的機器和傳感器網絡。增強型音頻耳機、寬帶圖像傳感器、石墨烯增強電池、靈活的WiFi接收器、石墨烯調制器、電子鑰匙、導電石墨烯混凝土、石墨烯太陽能可持續能源、石墨烯超級電容器、石墨烯揚聲器、Graphene Air Sniffer、電致發光氣體探測器、用于安全檢測的壓力傳感器、磁場傳感器、石墨烯壓力感應鞋墊、觸摸界 T 恤、柔性石墨烯超級電容器、石墨烯紫外線傳感器貼片、透皮健身跟蹤補丁、新一代生物醫學設備等石墨烯產品紛紛亮相,充分展示了石墨烯的神奇性能。
目前歐盟約有70余家公司開展石墨烯的研發、產業化以及應用的推進,不僅包括諾基亞、巴斯夫、拜耳等工業巨頭,還有眾多小型專業化石墨烯企業。產業分布主要集中在英國、德國、法國、西班牙等地。同時,作為石墨烯的“誕生地”,英國在石墨烯的基礎研發方面居于全球領先地位,但從事商業開發的石墨烯企業較少,為加快英國石墨烯產業的研發及應用,英國政府也投入巨資加快石墨烯產業發展,產業布局主要圍繞曼徹斯特大學進行,先后在曼徹斯特大學成立國家石墨烯研究院及石墨烯工程創新中心,以加速石墨烯的基礎研究及應用開發。目前,該創新中心已經建成并投入使用,與First Graphene Ltd、Haydale石墨烯工業公司、Versarien plc公司建立合作,以開發石墨烯產品和應用。
日韓石墨烯產業發展概況:產學研合作緊密 龍頭企業推動效應顯著
韓國石墨烯產業發展產學研結合緊密,在基礎研究及產業化方面發展較為均衡,整體發展速度較快。從政府層面,韓國政府通過提供資金支持、整合研究力量等多方面加大支持力度;從研究層面,韓國成均館、韓國科學技術院等均在石墨烯研究方面擁有較強實力;從企業層面,主要以韓國三星集團和 LG 公司為主, 其中韓國三星集團投入巨大研發力量,保證了其在石墨烯柔性顯示、觸摸屏以及芯片等領域的國際領先地位,為韓國石墨烯產業發展提供支撐。同時韓國十分注 重保護和申請石墨烯專利,目前專利量居全球第三,僅次于美國和中國,遠高于 歐洲其他國家。
日本依托其良好的碳材料產業基礎,是全球最先進行石墨烯研究的國家之一,產學研結合較為緊密,整體發展較為全面。包括日本東北大學、東京大學、 名古屋大學等在內的多所大學,以及日立、索尼、東芝等眾多企業都投入大量資金和人力從事石墨烯的基礎研究和應用開發,研究重點主要集中在石墨烯薄膜、新能源電池、半導體、復合材料、導電材料等應用領域。
中國石墨烯產業發展概況:引領全球石墨烯商業化 產業將迎發展新機遇
隨著相關政策不斷完善、標準工作進展加快、下游應用不斷拓展, 石墨烯產業整體步入良性發展軌道。
隨著利好政策的不斷出臺,政府和企業的積極推進,我國石墨烯產業呈現出快速發展的態勢,尤其是在石墨烯首次在華為Mate 20X手機上成功實現應用,華為等大企業的涉足為我國石墨烯產業的發展注入了新動能。
一方面,隨著石墨烯制備技術的不斷成熟,石墨烯價格不斷走低,進一步促進和推動著石墨烯的應用發展及市場規模擴大,尤其在較為成熟的防腐涂料、電池材料等領域更為明顯。另一方面隨 著技術的不斷創新,石墨烯的應用領域也不斷擴展,除了防腐涂料、樹脂、橡膠、 電池材料等傳統大宗產品的應用不斷成熟外,對新一代顯示器件、大健康、高端制造等新興產業的支撐作用也不斷增強,新產品不斷問世。
隨著應用領域的不斷拓展,石墨烯的市場規模也將會更大。目前國內石墨烯全產業鏈布局已經初見雛形,基本覆蓋了從制備及應用研究到石墨烯產品生產,直至下游應用的全環節。近些年,石墨烯相關產業服務平臺的不斷完善,尤其各地石墨烯制造業創新中心、研究院、產業園等的不斷建設和完善,以及產業聯盟等行業組織的不斷成立,不僅為上下游企業的合作互動搭建平臺,探索石墨烯政產學研協同創新機制,著力打通石墨烯基礎研究與產業需 求間缺失的關鍵創新環節,使得產業上下游聯動發展的格局更加深化,石墨烯產業鏈也將更加完善。
石墨烯基于其優異的性能,從問世起市場就給予極高的期待,也因此導致“一哄而上、過度熱捧”的亂象。隨著市場的逐漸調整、產業內涵逐漸清晰,石墨烯市場發展也顯得更加理性。一是標準的引領作用逐漸增強,二是投資趨于理性。
隨著人們對石墨烯的認識更加深入,也將更加關注石墨烯的應用價值及產業進展,而非簡單的概念炒作。只有那些真正具有核心技術、聚焦優質材料開發、產品得到認可的企業才會得到資本市場的青睞,市場發展也會更加理性。
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