国内外触摸屏行业石墨烯的应用发展概况

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  尽管石墨烯产业发展近两年全球瞩目,但其应用量较小,市场没有形成对石墨烯的规模化需求,成为挡在发展前的"拦路虎",产业化之路待发展已是业内共识。自石墨烯于2004年问世以来,被公认为21世纪的"未来材料"和"革命性材料",其发现者英国曼彻斯特大学安德烈-海姆(AndreGeim)教授也因此获得了2010年获得诺贝尔物理学奖。之后,石墨烯相关专利开始呈现爆发式增长。总体看来,石墨烯技术开始进入快速成长期,并迅速向技术成熟期跨越。

  自2004年石墨烯被发现以来,就一直面临如何解决大面积、高质量石墨烯制备和快速高效转移两大关键问题。而在显示领域,要实现在金属表面上催化生长石墨烯,再转移到适合的基底上,以广泛应用于电阻触摸屏的技术工艺是十分困难复杂的。为了了解这些问题以及市场的发展现状,真空技术网编辑梳理了当前石墨烯在国内外触摸屏行业的应用发展情况。

  国内发展势头迅猛 处全球领先地位

  中国现在是全球石墨烯的出版物和专利的领先者。石墨矿储量占世界总储量的75%,生产量占世界总产量的72%,是我国少有的几种具有国际竞争优势的矿产之一。在新材料产业"十二五"发展规划中,石墨烯作为前沿新材料中的纳米材料被提及,很大概率将入选"十三五"重点产品发展规划。

  在石墨烯触摸屏的研发方面,常州二维碳素科技公司的研发团队已突破了石墨烯薄膜应用于中小尺寸手机的触摸工艺,实现了石墨烯薄膜材料和现有ITO模组工艺线的对接,并在2014年五月宣布其第一条年产3万平方米石墨烯透明导电薄膜生产线实现量产。

  在推进石墨烯产业化方面,金路集团与中科院金属研究所联合开发电池级石墨烯技术已于2012年11月11日对共同完成的"石墨烯材料的规模化制备技术"通过了成果鉴定。在石墨烯透明导电膜方面,金属研究所能制备出4英寸的石墨烯透明导电薄膜。

  中国宝安旗下的深圳贝特瑞是目前全球唯一一家拥有完整的石墨烯价值产业链的企业,公司在2011年11月完成石墨烯中试线建设并投入生产。据了解,贝特瑞向国家提交了与石墨烯相关的4项专利申请,其中"制备球状石墨烯的方法"已在2014年4月28日收到发明专利证书。

  乐通股份2014年初与宁波墨西签署了《石墨烯油墨项目合作协议》,商定组建合资公司从事石墨烯油墨的研发和生产,计划总投资1亿元人民币。宁波墨西承诺将以最优惠的价格向合资公司稳定提供石墨烯原料,双方将利用自身的营销网络帮助合资公司推广石墨烯油墨产品。

  华丽家族12年7月披露控股股东南江集团及皙哲投资、中科院宁波材料所、刘兆平研发团队于2012年4月组建宁波墨西科技有限公司,该公司投建的世界上第一条量产石墨烯生产线预计将于2013年建成投产。

  方大炭素将建成全球最大的特种石墨生产基地,针状焦及超高功率石墨电极的综合产能也将位居全球炭素企业首位。2013年5月,公司收到了国家知识产权局对"以石灰石为原料制备石墨烯的方法"授予的发明专利权通知书。

  无锡格菲电子薄膜科技拥有由大批海归博士组成的核心研发团队,自主核心发明专利50多项。初投入已超过1.2亿元,已经成功量产石墨烯触控产品,于2013年12月形成年产500万片石墨烯触控产品,预计2014年9月实现年产两千万片石墨烯触控产品。

  重庆墨希科技有限公司已经和广东正扬科技股份有限公司签订了战略合作协议,共同推进石墨烯薄膜在触摸屏上的应用,解决了未来五年的石墨烯薄膜的销售问题。近期石墨烯薄膜将在触摸屏上首先得到应用,随后将进一步在OLED、太阳能电池、超级电容等领用进行试用和推广。基于石墨烯多方面的优异性能,其在军事方面也将得到广泛的应用。

  以中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所高质量薄层石墨烯制备技术成果为基础,苏州格瑞丰纳米科技有限公司2014年7月正式推出典型厚度分别为1nm和2~3nm的高质量薄层石墨烯粉体产品。目前,格瑞丰薄层石墨烯粉体的生产规模初步放大,已经能满足科技研发和工业应用的需求。

  重庆石墨烯产业园将用5年左右时间谋划打造千亿生态圈,培育石墨烯应用研发企业20家以上,引进、发展下游应用生产企业100家,引进和培养石墨烯应用技术专业研发人员100人以上,形成石墨烯应用技术研发团队10支以上,加快建成国家级石墨烯产业化示范基地。

  2014年12月,常州国家石墨烯新材料高新技术产业化基地正式获批,这是全国首个"国字头"的石墨烯产业化基地。常州第六元素材料科技股份有限公司今年11月成功在"新三板"上市,成为国内首家石墨烯上市企业。

  国外研发迅速 注重石墨烯领域提前布局

  目前,在这个领域研究的国家有英美韩中日等,已经产业化的公司有四家,分别是韩国三星、日本索尼、辉锐和二维碳素。美英CambriosTechnologies、3M;日本东丽、东芝、索尼、产综研及信越聚合物;韩国的三星等厂商在石墨烯方面研发迅速。

  2013年1月,欧盟委员会将石墨烯列为"未来新兴技术旗舰项目"之一,该项目的研究范围十分广泛,其中石墨烯的制备是核心。欧盟委员计划十年提供10亿欧元资助,将石墨烯研究提升至战略高度。

  英国去年底宣布将追加投资2150万英镑资助石墨烯研究项目,推进石墨烯的商业化进程,并建立一个国家级研究机构--国家石墨烯研究所(NGI),这也使该机构有望成为世界领先的石墨烯开发和开采中心。

  美国辉锐科技是一家石墨烯技术发展公司,率先进军大面积石墨烯柔性触控屏市场,并获专业的科技行业投资基金IDG资本入股成为其股东之一。辉锐科技计划于未来3年投资共1.5亿美元发展石墨烯移动设备市场,能制造大面积的柔性触控屏,应用于手机、平板计算机及便携式电子显示屏等市场。

  2010年,韩国三星公司和成均馆大学的研究人员在一个63厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上,成功制备出电视机大小的纯石墨烯,并用该石墨烯制造了柔性触摸屏。2011年,韩国研究人员,开发出基于石墨烯的柔性有机电致发光器件。

  日本索尼制作出了长约120m*宽230mm的石墨烯薄膜,这是目前全球最长的石墨烯薄膜。这种石墨烯应用到透明导电膜是目标用途之一。索尼通过对化学气相沉积(CVD)法加以自主改良取得了此次的成果,CVD法作为合成大面积石墨烯的方法而广为人知。

  日本产业技术综合研究所发布了以卷对卷方式合成薄膜宽度为594mm的石墨烯的制造装置。产业技术综合研究所采用以微波等离子为基础,利用300~400℃的低温CVD法合成石墨烯的方式。此外,东芝实现石墨烯与银纳米线复合透明电极的大面积化;松下已经成功将石墨散热膜的厚度减少到只有10微米(人类红细胞直径仅为5微米),1微米相当于1米的一百万分之一,薄度相当惊人。

  2014年9月由剑桥大学石墨烯研究中心和英国公司Plastic Logic共同生产的全球首款石墨烯柔性显示屏原型产品研发成功。据了解,它是一款有源矩阵电泳显示屏,这种技术通过使用电场重新排列溶液上的悬浮粒子,显示出图像。这种显示屏和如今的电子阅读器显示屏很相似,不过它没有采用玻璃材质,而是选用了软塑料,这也是首次将石墨烯技术应用在基于晶体管的电子设备上面。

  此外,石墨烯制成的技术现状:业内主要有四种制备方法,分别是机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法、和气相沉积法(CVD)。前三种的原材料均为石墨,CVD法原材料则为甲烷居多。由于制造成本相对较低,目前多采用机械剥离法和氧化石墨还原法制造石墨烯。

  编者语:

  现代触摸屏的表面都会用到一层铟锡氧化物,具有较好的透明性和导电性,广泛应用于显示产业领域。不过随着全球电子设备触摸屏总面积的不断增长,生产触摸屏的稀有金属铟材料将被耗尽。石墨烯作为一种新型高科技材料,具有超薄、强韧、稳定、导电性好等诸多现有材料无法比拟的优点,未来或将会取代铟金属在触摸屏领域取得更广泛的应用。

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