分析稱電子行業將成石墨烯最大應用市場
2017-02-09 來源：Innova Research
關鍵詞：石墨烯
由于石墨烯優越的導熱、防輻射、防靜電等性能，應用石墨烯可以切實提高電子產品的散熱效率，并提高抗電子干擾和抗靜電的能力，同時實現產品輕量化。目前，美國的XG Sciences和Angstron Materials等石墨烯廠商均提供基于石墨烯材料用于電子元件的散熱冷卻和電磁干擾屏蔽器件，分別命名為“XG LeafTM”和“ANG Thermal Foil”系列產品；加拿大的Grafoid也聯合CapTherm System開發了針對LED及電動車（EV）應用的石墨烯散熱產品。壹行研預期未來會有更多的電子產品采用基于石墨烯微片的散熱器件、抗電磁干擾和靜電放電保護器件。
作為硅材料的直接競爭者，石墨烯材料在高性能電子器件中的應用，比如基于石墨烯的場效應晶體管及二極管（graphene-based field-effect transistors and diodes）等邏輯器件尚處于實驗室研發及測試階段，其大規模應用還有很長的路要走。據報道，美國IBM研究院開發出和標準硅CMOS工藝兼容的運算功能更強大的石墨烯芯片；德國AMO公司也和瑞典的Chalmers University of Technology合作開發石墨烯基場效應晶體管及二極管。此外在其他傳感器研究上石墨烯材料在替代硅材料方面也取得了實驗室內的新進展，例如2015年新加坡國立大學（NUS）的研究人員用石墨烯和氮化硼（boron nitride）制造了新型磁阻傳感器（magnetoresistance sensor，MR sensor）芯片，其性能比對應的硅基磁阻傳感器敏感200倍。
石墨烯的電子應用，哪些將勝出？
壹行研從技術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。
應用精彩紛呈 電子行業將成石墨烯最大應用市場
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成熟度，是目前最具經濟可行性的應用。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品性能的改善以及增強電子元件在嚴苛環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品市場能形成大批量出貨。壹行研估計五年內石墨烯在上述兩個電子領域實現大規模商業應用的可能性很大。
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成熟度等的得分也比較高。這些應用雖然陸續進入了市場導入期，但是均存在制約大規模商用的瓶頸。比如相對現有的其他材料體系優勢不夠明確，下游應用市場的成熟度不夠，等等。壹行研認為，石墨烯在這些領域實現大規模商業應用在短期內比較困難，但在中長期（五到十年）內則有較大的可能。
再次，石墨烯薄膜應用的領域，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和測試階段。在石墨烯膜方面，生產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壁壘，且大量生產時不同批次的產品質量存在較大差異，因而導致大尺寸透明導電膜成本高企。從技術發展趨勢看，預期五到十年內石墨烯材料在以上這些應用領域大規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，這些領域內的一些高價格的石墨烯器件有希望占領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，石墨烯的研發受到各國政府、跨國公司和研究機構的重點關注。目前，電子是石墨烯的最大應用領域，壹行研預計電子在未來五年內將會保持最大石墨烯應用領域的地位。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成熟度最高，成本下降潛力最大，因而在五年內實現大規模商業出貨的可能性最大。
作為硅材料的直接競爭者，石墨烯材料在高性能電子器件中的應用，比如基于石墨烯的場效應晶體管及二極管（graphene-based field-effect transistors and diodes）等邏輯器件尚處于實驗室研發及測試階段，其大規模應用還有很長的路要走。據報道，美國IBM研究院開發出和標準硅CMOS工藝兼容的運算功能更強大的石墨烯芯片；德國AMO公司也和瑞典的Chalmers University of Technology合作開發石墨烯基場效應晶體管及二極管。此外在其他傳感器研究上石墨烯材料在替代硅材料方面也取得了實驗室內的新進展，例如2015年新加坡國立大學（NUS）的研究人員用石墨烯和氮化硼（boron nitride）制造了新型磁阻傳感器（magnetoresistance sensor，MR sensor）芯片，其性能比對應的硅基磁阻傳感器敏感200倍。
石墨烯的電子應用，哪些將勝出？
壹行研從技術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。
應用精彩紛呈 電子行業將成石墨烯最大應用市場
圖一 石墨烯材料電子行業應用前景分析
如圖一所示，其中技術成熟度分值越高表示該石墨烯應用從技術層面更加成熟，1分是處于早期實驗室研究階段，最高5分是已經進入了商業推廣階段；成本下降潛力代表相關石墨烯應用在成本方面的可行性，1分表示該應用領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域可以產生成本下降的空間，得分越高表示該領域應用石墨烯在成本上有優勢。因此，技術成熟度得分越高且成本下降潛力分值越高的應用領域越比較容易實現大規模應用，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發展的初級階段，在成本上也不具有優勢，因而離大規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成熟度，是目前最具經濟可行性的應用。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品性能的改善以及增強電子元件在嚴苛環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品市場能形成大批量出貨。壹行研估計五年內石墨烯在上述兩個電子領域實現大規模商業應用的可能性很大。
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成熟度等的得分也比較高。這些應用雖然陸續進入了市場導入期，但是均存在制約大規模商用的瓶頸。比如相對現有的其他材料體系優勢不夠明確，下游應用市場的成熟度不夠，等等。壹行研認為，石墨烯在這些領域實現大規模商業應用在短期內比較困難，但在中長期（五到十年）內則有較大的可能。
再次，石墨烯薄膜應用的領域，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和測試階段。在石墨烯膜方面，生產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壁壘，且大量生產時不同批次的產品質量存在較大差異，因而導致大尺寸透明導電膜成本高企。從技術發展趨勢看，預期五到十年內石墨烯材料在以上這些應用領域大規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，這些領域內的一些高價格的石墨烯器件有希望占領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，石墨烯的研發受到各國政府、跨國公司和研究機構的重點關注。目前，電子是石墨烯的最大應用領域，壹行研預計電子在未來五年內將會保持最大石墨烯應用領域的地位。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成熟度最高，成本下降潛力最大，因而在五年內實現大規模商業出貨的可能性最大。
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（責任編輯：xu）
