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石墨烯的理论研究始于1947年,迄今已有70年的历史。但真正能够独立存在的二维石墨烯晶体则是出现在2004年:英国曼彻斯特大学天文物理学教授andrek.geim领导的研究小组利用微机械剥离方法首次获得了石墨烯。由于具有优异的力学、热学、电学和磁学性能,有望在高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器、能量储存等领域获得广泛应用,石墨烯近年来迅速成为材料科学和凝聚态物理领域的研究热点之一。

在石墨烯首次被发现后,关于石墨烯技术的研究不断取得令人振奋的进展。在石墨烯的制备领域,如何实现低成本、高质量、可控生产是当前研究热点;在石墨烯的应用领域,则是半导体、电子、材料、生物工程等多点开花。

石墨烯目前还处在研发阶段,各国对于这个新兴材料还处于一个专利布局期,尚还没有出现产业化动向,整个产业链也还没有形成。目前制备石墨烯的技术工艺不成熟,还没有达到一致性的品质,而且成品面积都非常小,不能适应工业化应用,但高达2000元/克的产品价格和广阔的市场前景更是让各方对石墨烯研究一直没有停止过。

新兴技术的发展离不开政策的支持与引导。在2010年石墨烯发现者获得诺贝尔奖以后,不仅全球科研界竞相关注,各国政府也加大了石墨烯研发的支持力度,希望在这新一轮石墨烯研究和产业化发展的竞争中抢占先机。在石墨烯大国中,欧盟及其成员国、美国、日本和韩国较先开展相关的战略部署,出台了各项支持政策和研究扶持计划,走在了全球石墨烯研究与产业化的前列。

石墨烯尚未形成产业化,售价非常的高,目前国内的售价在2000元/克以上,接近于黄金价格的十倍左右。石墨烯凭借其特殊的物理结构和特质,在多个领域都将带来革命性的变革,一旦量产必将成为下一个万亿级的产业。

发达国家聚焦石墨烯功能器件研发和应用,未来5-10年全球石墨烯市场将进入高速发展期。美、欧、日、韩等地区密集发布政策,扶持石墨烯功能器件研发和产业化应用。欧美企业占据全球石墨烯产业链关键环节,石墨烯制备技术,复合材料、核心电子元件等应用产品保持领先优势,亚洲石墨烯应用市场前景向好。

数据显示,2016年石墨烯全球市场规模为755万美元,随着石墨烯制备技术进一步推动规模化应用,五至十年内市场将进入高速发展期,到2020年市场规模可达到3.85亿美元,2025年全球规模有望达到21.03亿美元。

根据石墨烯的不同特性和发展难度,我们总结了以下发展路径:

◆首先,目前石墨烯粉体和薄膜产品己经具备了量产的可能性,相对应的如导电导热添加剂、防腐散热材料、复合材料及触摸屏应用领域也有望最早实现突破。

◆其次,石墨烯高导电性、高比容量和比表面积的特性己经被尝试用于改善超级电容的能量密度和充放电速度;另外由于其光线敏感度是普通传感器的1000倍,传感器应用也有望作为中期目标实现。

◆最后,石墨烯想象空间最大的领域是对硅的替代,成为下一代超高频率晶体管的基础材料,应用于高性能集成电路和新型纳米电子器件中。计算机速度的提升要求元件集成密度进一步提高,然而硅在尺寸缩小方面己经进入瓶颈,ibm未来5年将投入30亿美元在后硅时代技术部署,石墨烯为重要的技术方向之一。然而由于石墨烯本身为导体,单层石墨烯没有带隙(bandgap),无法实现逻辑电路必需的晶体管开关功能,需要人工植入带隙或采用复合材料的方法,工艺复杂性程度大幅提高,在微电子领域广泛使用还有待时日。

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