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國内外石墨烯觸摸屏應用前景解析

中國粉體網訊 盡管石墨烯産業發展近兩年全球矚目,但其應用量較小,市場沒有形成對石墨烯的規模化需求,成為擋在發展前的”攔路虎”,産業化之路待發展已是業内共識。自石墨烯于2004年問世以來,被公認為21世紀的”未來材料”和”革命性材料”,其發現者英國曼徹斯特大學安德烈-海姆(AndreGeim)教授也因此獲得了2010年獲得諾貝爾物理學獎。之後,石墨烯相關專利開始呈現爆發式增長。總體看來,石墨烯技術開始進入快速成長期,并迅速向技術成熟期跨越。

自2004年石墨烯被發現以來,就一直面臨如何解決大面積、高質量石墨烯制備和快速高效轉移兩大關鍵問題。而在顯示領域,要實現在金屬表面上催化生長石墨烯,再轉移到适合的基底上,以廣泛應用于電阻觸摸屏的技術工藝是十分困難複雜的。為了了解這些問題以及市場的發展現狀,編輯梳理了當前石墨烯在國内外觸摸屏行業的應用發展情況。

國内發展勢頭迅猛處全球領先地位

中國現在是全球石墨烯的出版物和專利的領先者。石墨礦儲量占世界總儲量的75%,生産量占世界總産量的72%,是我國少有的幾種具有國際競争優勢的礦産之一。在新材料産業”十二五”發展規劃中,石墨烯作為前沿新材料中的納米材料被提及,很大概率将入選”十三五”重點産品發展規劃。

在石墨烯觸摸屏的研發方面,常州二維碳素科技公司的研發團隊已突破了石墨烯薄膜應用于中小尺寸手機的觸摸工藝,實現了石墨烯薄膜材料和現有ITO模組工藝線的對接,并在2014年五月宣布其第一條年産3萬平方米石墨烯透明導電薄膜生産線實現量産。

在推進石墨烯産業化方面,金路集團與中科院金屬研究所聯合開發電池級石墨烯技術已于2012年11月11日對共同完成的”石墨烯材料的規模化制備技術”通過了成果鑒定。在石墨烯透明導電膜方面,金屬研究所能制備出4英寸的石墨烯透明導電薄膜。

中國寶安旗下的深圳貝特瑞是目前全球唯一一家擁有完整的石墨烯價值産業鍊的企業,公司在2011年11月完成石墨烯中試線建設并投入生産。據了解,貝特瑞向國家提交了與石墨烯相關的4項專利申請,其中”制備球狀石墨烯的方法”已在2014年4月28日收到發明專利證書。

樂通股份2014年初與甯波墨西簽署了《石墨烯油墨項目合作協議》,商定組建合資公司從事石墨烯油墨的研發和生産,計劃總投資1億元人民币。甯波墨西承諾将以最優惠的價格向合資公司穩定提供石墨烯原料,雙方将利用自身的營銷網絡幫助合資公司推廣石墨烯油墨産品。

華麗家族12年7月披露控股股東南江集團及皙哲投資、中科院甯波材料所、劉兆平研發團隊于2012年4月組建甯波墨西科技有限公司,該公司投建的世界上第一條量産石墨烯生産線預計将于2013年建成投産。

方大炭素将建成全球最大的特種石墨生産基地,針狀焦及超高功率石墨電極的綜合産能也将位居全球炭素企業首位。2013年5月,公司收到了國家知識産權局對”以石灰石為原料制備石墨烯的方法”授予的發明專利權通知書。

無錫格菲電子薄膜科技擁有由大批海歸博士組成的核心研發團隊,自主核心發明專利50多項。初投入已超過1.2億元,已經成功量産石墨烯觸控産品,于2013年12月形成年産500萬片石墨烯觸控産品,預計2014年9月實現年産兩千萬片石墨烯觸控産品。

重慶墨希科技有限公司已經和廣東正揚科技股份有限公司簽訂了戰略合作協議,共同推進石墨烯薄膜在觸摸屏上的應用,解決了未來五年的石墨烯薄膜的銷售問題。近期石墨烯薄膜将在觸摸屏上首先得到應用,随後将進一步在OLED、太陽能電池、超級電容等領用進行試用和推廣。基于石墨烯多方面的優異性能,其在軍事方面也将得到廣泛的應用。

以中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所高質量薄層石墨烯制備技術成果為基礎,蘇州格瑞豐納米科技有限公司2014年7月正式推出典型厚度分别為1nm和2~3nm的高質量薄層石墨烯粉體産品。目前,格瑞豐薄層石墨烯粉體的生産規模初步放大,已經能滿足科技研發和工業應用的需求。

重慶石墨烯産業園将用5年左右時間謀劃打造千億生态圈,培育石墨烯應用研發企業20家以上,引進、發展下遊應用生産企業100家,引進和培養石墨烯應用技術專業研發人員100人以上,形成石墨烯應用技術研發團隊10支以上,加快建成國家級石墨烯産業化示範基地。

2014年12月,常州國家石墨烯新材料高新技術産業化基地正式獲批,這是全國首個”國字頭”的石墨烯産業化基地。常州第六元素材料科技股份有限公司今年11月成功在”新三闆”上市,成為國内首家石墨烯上市企業。

國外研發迅速注重石墨烯領域提前布局

目前,在這個領域研究的國家有英美韓中日等,已經産業化的公司有四家,分别是韓國三星、日本索尼、輝銳和二維碳素。美英CambriosTechnologies、3M;日本東麗、東芝、索尼、産綜研及信越聚合物;韓國的三星等廠商在石墨烯方面研發迅速。

2013年1月,歐盟委員會将石墨烯列為”未來新興技術旗艦項目”之一,該項目的研究範圍十分廣泛,其中石墨烯的制備是核心。歐盟委員計劃十年提供10億歐元資助,将石墨烯研究提升至戰略高度。

英國去年底宣布将追加投資2150萬英鎊資助石墨烯研究項目,推進石墨烯的商業化進程,并建立一個國家級研究機構–國家石墨烯研究所(NGI),這也使該機構有望成為世界領先的石墨烯開發和開采中心。

美國輝銳科技是一家石墨烯技術發展公司,率先進軍大面積石墨烯柔性觸控屏市場,并獲專業的科技行業投資基金IDG資本入股成為其股東之一。輝銳科技計劃于未來3年投資共1.5億美元發展石墨烯移動設備市場,能制造大面積的柔性觸控屏,應用于手機、平闆計算機及便攜式電子顯示屏等市場。

2010年,韓國三星公司和成均館大學的研究人員在一個63厘米寬的柔性透明玻璃纖維聚酯闆上,成功制備出電視機大小的純石墨烯,并用該石墨烯制造了柔性觸摸屏。2011年,韓國研究人員,開發出基于石墨烯的柔性有機電緻發光器件。

日本索尼制作出了長約120m*寬230mm的石墨烯薄膜,這是目前全球最長的石墨烯薄膜。這種石墨烯應用到透明導電膜是目标用途之一。索尼通過對化學氣相沉積(CVD)法加以自主改良取得了此次的成果,CVD法作為合成大面積石墨烯的方法而廣為人知。

日本産業技術綜合研究所發布了以卷對卷方式合成薄膜寬度為594mm的石墨烯的制造裝置。産業技術綜合研究所采用以微波等離子為基礎,利用300~400℃的低溫CVD法合成石墨烯的方式。此外,東芝實現石墨烯與銀納米線複合透明電極的大面積化;松下已經成功将石墨散熱膜的厚度減少到隻有10微米(人類紅細胞直徑僅為5微米),1微米相當于1米的一百萬分之一,薄度相當驚人。

2014年9月由劍橋大學石墨烯研究中心和英國公司PlasticLogic共同生産的全球首款石墨烯柔性顯示屏原型産品研發成功。據了解,它是一款有源矩陣電泳顯示屏,這種技術通過使用電場重新排列溶液上的懸浮粒子,顯示出圖像。這種顯示屏和如今的電子閱讀器顯示屏很相似,不過它沒有采用玻璃材質,而是選用了軟塑料,這也是首次将石墨烯技術應用在基于晶體管的電子設備上面。

此外,石墨烯制成的技術現狀:業内主要有四種制備方法,分别是機械剝離法、外延生長法、氧化石墨還原法、和氣相沉積法(CVD)。前三種的原材料均為石墨,CVD法原材料則為甲烷居多。由于制造成本相對較低,目前多采用機械剝離法和氧化石墨還原法制造石墨烯。

編者語:

現代觸摸屏的表面都會用到一層铟錫氧化物,具有較好的透明性和導電性,廣泛應用于顯示産業領域。不過随着全球電子設備觸摸屏總面積的不斷增長,生産觸摸屏的稀有金屬铟材料将被耗盡。石墨烯作為一種新型高科技材料,具有超薄、強韌、穩定、導電性好等諸多現有材料無法比拟的優點,未來或将會取代铟金屬在觸摸屏領域取得更廣泛的應用。

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