Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved碳材料市场研究报告简版2016年在线 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved碳材料定义及起源碳材料定义碳材料是主要以煤、石油或它们的加工产物等有机物质作为主要原料经过一系列加工处理过程得到的一种非金属材料，其主要成分是碳。金刚石、石墨、咔宾、石墨烯、碳纳米管、炭/炭复合材料都属于碳材料。碳材料在某种意义上可以认为是一种高级耐火材料，它在3000°C以上也不会融化，在常压在，没有熔点，只有在3500°C以上升华，作为耐火材料是其它材料无法比拟的，但它的致命弱点在于易氧化。碳材料来源 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved碳材料特征碳材料的各种综合性能十分优良，它有金属和陶瓷的性能，能起到单一的金属，陶瓷起不到的作用。良好的导电导热性能：碳可以认为是共价半导体和金属的中间物——半金属，导电，导热性能好，同时膨胀系数低，既可作为金属也可作为陶瓷使用。润滑性：c轴方向的层间的结合力很弱，稍受力就能使石墨层间产生移动，作为抗磨材料使用。注意：在有水份的条件下才有此功能。高的抗热震性：熔点高。热膨胀系数低，热导率高，温度梯度小，同事强度随温度增加而增加，20Mpa-40Mpa。化学稳定性：在非氧化性气氛下是化学惰性，可作为耐腐蚀材料。良好的核物理性能：作为核反应堆材料 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved碳材料的发展历程碳材料的发展历程 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved碳材料分类及应用第一代炭材料（5千-1万年前）——木炭木炭（charcoal）是木材或木质原料经过不完全燃烧，或者在隔绝空气的条件下热解，所残留的深褐色或黑色多孔固体燃料。利用炭的化学性质，作燃料和还原剂炼铜和炼铁。应用领域：燃料、炼钢、炼铁。第二代炭材料（十九世纪）1、烧结型利用炭的物理性质（导电、耐热、耐腐蚀、耐摩擦等），用于炭砖、炼钢、炼铝等（电极、电刷、各种机械、化工用炭、原子反应堆用炭等）。应用领域：炭砖、炼钢、炼铝等2、炭黑、炭材料（人造石墨）应用领域：墨的原料、橡胶工业的轮胎、塑料、化妆品等第三代炭材料（第二次世界大战后）1、金刚石性能：高热传导率，低热膨胀系数，低摩擦系数，高硬度，在可见光和红外光下高透明性，高折射系数，化学和放射性惰性。 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved应用领域：珠宝首饰、切割工具、研磨料、不利环境中的热探头、放射性检出仪、压力敏感器、荧光显增器、光学窗、微型机械元件，以及高密度、高能量电子元件等2、线型碳（卡宾）性能：高热力学稳定性、生物体的高亲和性等应用领域：常温超导材料、外科手术的缝合线及动物硬组织材料、隐型眼镜外框、合成金刚石。3、碳纤维性能：与钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小；应用领域：航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺、运动器材和休闲用品。4、活性炭纤维性能：比表面积大、吸附性能好应用领域：环保、储能材料、隐身材料、核防护材料、催化剂载体、生理除味保健、防毒防化、血液净化、人工肝脏和肾脏、水果储存保鲜、除臭除湿、高能电极及双层电容。5、玻璃炭性能：耐3000°C的高温，低密度，高透气性，高耐酸碱性以及优良的生物相容性应用领域：实验室分析器皿、化学分析电极、温度计的保护管、电池电极隔板、半导体器件。 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved6、金刚石薄膜性能：透光、发光性，硬度高、耐磨、高膜量，光交换性；应用领域：高温晶体管、激光器件、绝缘材料等7、石墨层间化合物（可膨胀石墨）性能：轻、高导电性、电化学性，反应性等；应用领域：高导电材料、电池活性物质、催化剂等8、气相生长炭纤维性能：极细、比表面积大、中空、结晶性好应用领域：增强材料、催化材料、导电材料等9、中间相沥青基炭纤维性能：原料便宜、碳收率高、易制得超高模型炭纤维应用领域：航天、航空及高级运动器材；民用工业领域的隔热材料、磨耗制动材料、耐腐蚀材料、导电和屏蔽材料、音响材料；建筑材料的水泥增强材料10、碳化硅晶体 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved性能：化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好应用领域：磨料、高级耐火材料、脱氧剂、电热元件硅碳棒、半导体、用于水轮机叶轮或汽缸体的内壁的碳化硅粉末涂布11、炭/炭复合材料性能：低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高应用领域：火箭发动机喷管及其喉衬、航天飞机端头帽和机翼前缘的热防护系统、飞机刹车盘等第四代炭材料——新型炭材料1、富勒烯性能：具有线性和非线性光学特性，碱金属富勒烯超导性等应用领域：非线性光学器件、光导体、超导材料、护肤品、有机太阳能电池、催化剂、抗癌药物、CVD金刚石膜、高强度碳纤维、高能轰击粒子2、碳纳米管性能：高电导率、高热导率、高弹性模量、高抗拉强度等应用领域：纳米复合材料、新能源，传感器，超级电容器，场发射管 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved3、石墨烯性能：非同寻常的导电性能、极低的电阻率极低和极快的电子迁移的速度、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性应用领域：光电显示、半导体、触摸屏、电子器件、储能电池、显示器、传感器、航天、军工、复合材料、生物医药等领域。4、碳纳米洋葱性能：高硬度应用领域：金属复合镀层、抛光液、润滑油、烧结体、磁性记录系统、医学等。5、碳包覆纳米金属颗粒性能：可避免环境对纳米金属材料的影响；可提高某些金属与生物体之间的相容性应用领域：磁记录材料、锂离子二次电池负极材料、电波屏蔽材料、氧化还原催化剂、核废料处理材料、精细陶瓷材料和抗菌材料。6、碳气凝胶性能：高弹性、强吸附应用领域：海水淡化、相变储能保温材料、催化载体、吸音材料以及高效复合材料。 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved本文涉及先进碳材料本文将从碳材料家族众多成员中挑选出石墨烯、碳纤维、碳碳复合材料、富勒烯、碳纳米管，分别对这些材料的性能，工艺、应用、市场以及企业进行介绍。石墨烯（二维）富勒烯（三维）碳纳米管（一维）碳纤维碳碳复合材料 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved石墨烯市场研究报告 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved什么是石墨烯？石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，碳原子之间相互连接成六角网格。铅笔里用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，在实验中成功地从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。电子显微镜下观测的石墨烯片，其碳原子间距仅0.14nm安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved石墨烯的特性最薄最轻厚0.34nm，比表面积为2630m2/g载流子迁移率最高室温下为20万cm2/Vs，硅的140倍电流密度最大有望达到2亿A/cm2（Cu的100倍）强度刚度韧性最强强度约180Gpa，是普钢钢材100倍导热率最高5300W/mK（超过碳纳米管）“最强”性能高性能传感器性能可检测单个有机分子类似催化剂功能制作复合材料可强化其电子运输能力吸氧功能低温下具备吸氧功能无散射运输常温下实现无散射运输，用于激光元件应力传感器功能变形即可有预知强磁场的电子能量效果独特性质 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved石墨烯的制备目前主要制备方法有四种：机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化还原法。其中，最有可能率先突破产业化瓶颈的是化学气相沉积法（CVD法）。石墨烯层数越少，性能越独特，相应的制备难度越大，成本越高。制备方法产品尺寸产品质量制造成本是否适合产业化微机械剥离法中小尺寸分子结构较为完整较低不易形成量产外延生长法大尺寸薄片不易与SiC分离较高适合小批量生产氧化石墨还原法大尺寸分子结构较易被破坏较低可以大规模生产CVD法大尺寸结构完整，质量较好较高可以大规模生产来源：国金证券研究所 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved海外CVD法制备薄膜进展国家进展日本索尼公司制备出120mm x 230mm的大面积石墨烯薄膜，方块电阻低至150Ω/sq韩国韩国三星电子在2010年与韩国成均馆大学共同宣布，采用CVD法。制备出30英寸的单层石墨烯薄膜。美国美国的CarbomScience 公司与美国加利福利亚大学圣巴巴拉分校合作，研发了低成本CVD法生产高质量石墨烯的生产工艺。欧盟欧盟GRAFOL项目团队研发出一种低成本卷对卷生产设备，可生产工业级大面积石墨烯片曾。此外，西班牙Graphene公司是该项目的石墨烯制造商。英国牛津大学的研究人员发明了快速生成石墨烯晶体方法。研究团队可在15min内，生成尺寸约为2-3mm的较大石墨烯晶体。来源：申万宏源研究 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved石墨烯的应用柔性触控锂电池散热高频晶体管逻辑电路薄膜晶体管DNA测序单分子检测全碳计算机 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved石墨烯应用企业三星、西门子、IBM、华为等......石墨烯原材料供应商Focus Metals、Northern、Graphene、方大碳素中间产品开发者BayerMaterials、BASF、Zyvex technologyVorbeck，XG Materials，北京碳世纪、常州二维、第六元素、宁波墨烯、重庆墨烯、厦门凯纳、杭州格蓝丰......石墨烯生产商中科院金属所宁波材料所复旦大学研究机构CVD Equipment corporationNanotek Instruments仪器设备供应商石墨烯的产业链终端用户 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved全球石墨烯市场状况分析数据来源：赛瑞产业研究院石墨烯技术的商业市场在2012年至2013年实际上是零。预计第一个石墨烯产品的商业上重要的销售将出现在2013年到2018年这段时间，到2018年可能高达1.95亿美元。石墨烯市场在2018年后应该加速发展，在2023年超过13亿美元。 Copyright © 2016 SEIR Co., Ltd. All Rights Reserved全球石墨烯市场行业分析石墨烯结构材料几乎占据了目前所有的（非常小）石墨烯技术市场。截至2018年，结构材料将仍然占市场的领先地位（25.9%市场份额），接着是显示器（25.7%），石墨烯电容器（18.0%），高性能计算应用（13.4%）。到2023年，电容器预计将占有石墨烯技术市场的最大份额（32.4%）。接着是显示器（14.9%），结构材料（14.2%）和传感器（8.8%），和电容器