首個石墨烯制成的功能半導(dǎo)體問世 2024石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析

• 黃文玉 2024年1月4日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 447 23
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石墨烯，是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。應(yīng)用于物理、材料、電子信息、計算機等眾多領(lǐng)域，具有較好的額導(dǎo)熱性、光學(xué)特性和穩(wěn)定性。

日前，美國佐治亞理工學(xué)院研究人員創(chuàng)造了世界上第一個由石墨烯制成的功能半導(dǎo)體。研究團隊使用特殊熔爐在碳化硅晶圓上生長石墨烯時取得了突破。他們生產(chǎn)了外延石墨烯，這是在碳化硅晶面上生長的單層。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)制造得當(dāng)時，外延石墨烯會與碳化硅發(fā)生化學(xué)鍵合，并開始表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性。測量表明，他們的石墨烯半導(dǎo)體的遷移率是硅的10倍。該項突破為開發(fā)全新電子產(chǎn)品打開了大門。研究發(fā)表在《自然》雜志上。

石墨烯，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。應(yīng)用于物理、材料、電子信息、計算機等眾多領(lǐng)域，具有較好的額導(dǎo)熱性、光學(xué)特性和穩(wěn)定性。石墨烯雖然從合成和證實存在到今天只有短短十幾年的時間，但目前已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。石墨烯層數(shù)可分為單層石墨烯、少層石墨烯和多層石墨烯;按照功能化形式可以分為氧化石墨烯、氫化石墨烯、氟化石墨烯等;按照產(chǎn)品形態(tài)又可分為石墨烯粉體和石墨烯薄膜。

石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及市場規(guī)模分析

全球石墨烯市場規(guī)模開始快速擴張，尤其在涂料、消費電子以及新能源能源，石墨烯需求大幅增長，進(jìn)一步帶動了全球石墨烯的市場規(guī)模，截至2022年全球石墨烯行業(yè)市場規(guī)模約99.39億美元，同比增長22.52%，2016年到2022年市場規(guī)模增長了84.66億美元，復(fù)合增長率為37.46%，保持著快速增長的態(tài)勢。石墨烯行業(yè)在中國發(fā)展較晚，2013年中國初步實現(xiàn)了石墨烯對傳統(tǒng)材料的替代，下游市場逐步打開，主要應(yīng)用于鋰電池和涂料等領(lǐng)域。石墨烯應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步豐富了下游應(yīng)用市場，中國石墨烯行業(yè)市場規(guī)模也隨之不斷擴大。2022年我國石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模在335億元左右。

當(dāng)前國內(nèi)對石墨烯材料的應(yīng)用，主要集中在2大領(lǐng)域：一類是將石墨烯作為添加劑應(yīng)用在已有產(chǎn)品中，用以改良和提升產(chǎn)品性能，比如添加石墨烯散熱涂層的LED燈、石墨烯暖墻、石墨烯地板、石墨烯防腐涂料、石墨烯內(nèi)暖纖維制成的服裝、石墨烯防靜電輪胎、加熱片、石墨烯動力電池等產(chǎn)品;另一類是將石墨烯薄膜用于加熱膜、智能手環(huán)、觸摸屏、遠(yuǎn)紅外理療產(chǎn)品等。

從石墨烯產(chǎn)業(yè)細(xì)分市場來看，2016年中國石墨烯粉體市場規(guī)模為8739萬元，2022年中國石墨烯粉體市場規(guī)模增長至64635萬元。2016年中國石墨烯薄膜市場規(guī)模為821萬元，2022年中國石墨烯薄膜市場規(guī)模增長至6590萬元左右。2016年中國石墨烯材料市場規(guī)模為9560萬元，2022年中國石墨烯材料市場規(guī)模增長至71225萬元。

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(chǎn)地分布廣泛，礦石種類齊全，以晶質(zhì)石墨為主，隱晶質(zhì)石墨為次，而儲量又相對集中于少數(shù)成礦最有利的地區(qū)。其中2021年中國石墨產(chǎn)量為73.5萬噸，同比增長13.1%。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年石墨烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析報告》顯示：

目前國內(nèi)石墨烯全產(chǎn)業(yè)鏈布局已經(jīng)初見雛形，基本覆蓋了從制備及應(yīng)用研究到石墨烯產(chǎn)品生產(chǎn)，直至下游應(yīng)用的全環(huán)節(jié)。初步形成以北京為核心，東部沿海地區(qū)產(chǎn)業(yè)帶和內(nèi)蒙-黑龍江地區(qū)產(chǎn)業(yè)帶為集聚區(qū)，多地點狀分布式的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。其中材料制備領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)約300多家，產(chǎn)品以石墨烯粉體和薄膜兩類材料為主，并且基本實現(xiàn)量產(chǎn);應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)超過600多家，覆蓋了防腐涂料、熱管理材料、儲能、電子顯示、大健康等多個領(lǐng)域。此外，還有一些技術(shù)服務(wù)、銷售、投資、檢測等企業(yè)，進(jìn)一步完善了石墨烯全產(chǎn)業(yè)鏈體系。

石墨烯在全國范圍內(nèi)正呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢。目前中國已經(jīng)基本形成以長三角、珠三角和京津冀魯區(qū)域為聚合區(qū)，多地分布式發(fā)展的石墨烯產(chǎn)業(yè)格局。我國石墨烯產(chǎn)業(yè)化勢頭強勁，多個具有石墨烯特色的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心已露雛形。尤其是長三角地區(qū)，“東方碳谷”常州因其石墨烯相關(guān)產(chǎn)業(yè)的高度集聚而備受關(guān)注，寧波有中科院寧波材料所作為支撐，外加上海高校與科研院扎實的科研能力，三地之間協(xié)同發(fā)展、優(yōu)勢互補，石墨烯生產(chǎn)制備技術(shù)不斷取得突破，應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化步伐迅速。

中國石墨烯行業(yè)整體發(fā)展形勢良好。在企業(yè)數(shù)量方面，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)在業(yè)企業(yè)數(shù)從2013年的3339家增長至2022年的12268家。2019年中國石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)163億元(下游應(yīng)用制品市場規(guī)模)，2022年我國石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模在335億元左右。近幾年來看，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模約占全球石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模的30%以上，并有逐年提高的趨勢。其中超級電容及鋰電池領(lǐng)域市場份額占比較大，占到63.35%，市場份額達(dá)212.22億元。

石墨烯產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢預(yù)測

隨著石墨烯制備和石墨烯應(yīng)用技術(shù)水平的提升，石墨烯材料能夠應(yīng)用在更多的下游產(chǎn)品和領(lǐng)域中。最新石墨烯下游產(chǎn)品，包括石墨烯理療保暖產(chǎn)品，石墨烯內(nèi)暖纖維制成的服裝，第二代石墨烯手機，石墨烯防彈衣、石墨烯防靜電輪胎、石墨烯動力電池等等，顯示出我國在石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域取得了很好的成績。石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展持續(xù)升溫，未來將會應(yīng)用于鋰離子電池、鋰硫電池、薄膜分離、超級電容器等制造中。

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  2024-2029年石墨烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析報告

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