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石墨烯 新材料的明日之星
複合材料、ITO導電膜、鋰電池應用有望邁向商業化

鄭志全 文章摘錄自第1876期

石墨烯在各領域尋求商業化,必須打破原先的產業規律,解決成本過高的問題,這顯然是一個漫長的過程。

被譽為「新材料之王」的石墨烯,去年以來成為中國各界熱烈討論的話題。從國家領導人習近平參觀英國曼徹斯特大學的石墨烯研究院,再到華為宣布將石墨烯電池應用在手機,關於石墨烯應用面的探討幾乎不曾間斷。近期因為「新材料產業十三五發展規劃」即將出台,石墨烯相關掛牌公司再度成為資本市場熱烈追逐的焦點。

打破產業規律

石墨烯是一種從石墨材料剝離出來的單層碳分子平面,又稱單層石墨,隨著所連接的碳原子數量不斷增多,這個二維的碳分子平面不斷擴大,形成單層石墨烯材料。石墨烯僅僅只有一個原子的厚度,結構卻十分穩定,硬度強過鋼鐵,導電性優於銅,導熱性優於銀,同時具有絕佳的延展性。基於這些優異的特性,石墨烯不斷被嘗試應用在各領域。

石墨烯應用領域眾多,舉凡複合材料、液晶螢幕、半導體、散熱器、電容器、太陽能、醫學生物等都十分被看好。在中國,目前最被看好的商業化應用是新能源汽車的鋰電池材料,石墨烯作為導電添加劑可望大幅提升鋰電池的充電效率、穩定性和使用壽命,或將成為新能源汽車性能提升的重要推手。

去年底,關於石墨烯在電池上的應用曾經引起熱議。中國中科院的一個研究團隊宣稱已經研製出一種高效能超級電容器電極材料,可以用作電動車的「超強電池」,最大亮點在於充電七分鐘,可行駛三五公里。此外,華為也在一場研討會上透露,以石墨烯電池特性為基礎的快充技術,可能在今年下半年邁入商用化。

除了電池材料之外,不少專家認為石墨烯對於晶片性能的提升也非常明顯,可望讓處理器的運行速度提升近百倍,同時在功耗方面也比矽材料要好上許多,即使長時間頻繁使用電子產品,也沒有硬體過熱的問題。然而,如果寄望以石墨烯取代矽,就必須打破原先的產業規律,半導體產業遵循已久的摩爾定律也將因此被改寫。

仍處於早期研究階段

石墨烯在各領域尋求突破,實際上難度頗高。首先面臨的關卡是能否打破原先的產業規律,同時還要解決成本過高的問題。目前全球針對石墨烯研究和應用開發最活躍的地區仍是中國,中國擁有全世界將近七成的石墨礦石儲量,申請的相關專利最多,從十二五延續到十三五規劃,石墨烯都被列為重點發展的新材料,預計高成本、低良率的問題可望逐步獲得解決。

這顯然需要一個過程。參考歐盟的長期發展計畫,中國也將石墨烯的發展分為三個階段:早期聚焦在學術研究和製備石墨烯,中期強調大規模量產以及下游多元應用,長期目標是更注重石墨烯的多功能、高效率。目前全球石墨烯產業正處於早期研究向中期應用轉變的階段,可預期的應用主要集中在鋰電池添加劑、ITO導電膜以及複合材料。

A股石墨烯上市企業當中,近期以涉及股權收購的公司股價漲幅較大,例如德爾未來(002631.SZ)近期收購烯成石墨烯七九.六六%股權,寶泰隆(601011.SH)收購東潤礦業四三%股權。此外,新三板掛牌企業二維碳素(833608.OC)從事石墨烯導電薄膜生產,第六元素(831190.OC)是產能規模最大的石墨烯粉體生產企業之一,都頗受市場關注。