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    華為投資的“神奇材料”有什么用?

    2022-10-25 14:15 與非網eefocus
    關鍵詞:神奇材料

    導讀:石墨烯(Graphene)材料具備優異的導電性、出色的機械性能、極高的導熱性、超大比表面積、極佳的阻隔性能,在鋰電池導電漿料、涂料涂層、導熱膜、柔性顯示以及傳感器方面都有應用,被稱為“新材料之王”。

    石墨烯(Graphene)材料具備優異的導電性、出色的機械性能、極高的導熱性、超大比表面積、極佳的阻隔性能,在鋰電池導電漿料、涂料涂層、導熱膜、柔性顯示以及傳感器方面都有應用,被稱為“新材料之王”。

    結合電子行業的應用我們來看看石墨烯是否綠色(環保)?適用范圍又有哪些?

    石墨烯是否綠色?

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    圖源|Digital Trends

    綠色驅動因素和ESG投資(E(environmental)、S(social)、G(governance)三個維度)顯然是整個供應鏈的焦點。根據最新研究報告“石墨烯市場和2D材料評估2023-2033”的評估,目前石墨烯產能已超過12000 tpa(萬噸/年)。幾乎所有這些都來自石墨原料,并采用自上而下的方法,其中液相剝離法和氧化還原占主導地位??紤]到能源效率、水需求和所用化學品,每種工藝都會產生不同的環境影響,為此,不太可能將石墨烯稱為“綠色材料”。

    盡管對石墨烯的綠色認證仍有一些爭議。但還要看以下三個方面。

    首先,與現有添加劑相比,石墨烯占地面積更小,負荷更低。一些公司聲稱,相對于石油化工中使用的碳黑等,石墨烯每噸二氧化碳排放量較低,性能卻更高,帶來的環境負載更低。

    其次,石墨烯可以使用替代原料生產,幾家公司開始利用廢物、副產品或可再生材料,這已是一個日益增長的趨勢,在一些情況下,石墨烯可以與氫氣生產相結合。在推廣綠色解決方案時,這無疑是一個值得關注的領域。

    三是石墨烯的可持續性,這是許多行業的關鍵驅動因素。最明顯的是,鋰離子電池(LiB)是蓬勃發展的儲能市場的主要組成部分。迄今為止,石墨烯在該領域發揮的作用最小,但在硅陽極得到大量采用的情況下,石墨烯正在證明自己是一種潛在的賦能解決方案。石墨烯還活躍于許多其他儲能領域,包括Li-S(鋰硫)(艱難的技術)、鉛酸電池(有限的增長)、鋁離子(早期階段)和超級電容器(成長中的利基市場)。

    石墨烯還有其他幾種環保驅動的應用,包括過濾膜、可持續電子產品和替代有毒添加劑。在石墨烯商業化的各個階段,每個市場的前景都是不同的。

    綜上所述,石墨烯是否是綠色的答案更為微妙。

    石墨烯的市場應用評估

    18個以上關鍵應用領域,數百家公司從事相關業務,其中包括60多家關鍵企業,已經有超過20年的技術研究。這些材料的許多最終用途市場包括儲能、復合材料、導電油墨、柔性電子產品等。

    每種應用都有不同的多功能要求,因此不存在“最佳石墨烯”,最終用戶現在承認,由于最終應用水平的結果受石墨烯形態和純度等許多參數的影響,因此無法預先確定制勝材料。

    先進材料往往受到材料推動而非市場拉動的影響,市場驅動因素包括改進電子產品的熱管理、可持續性、輕量化、產品壽命等必要性。

    石墨烯薄膜和晶片通常通過CVD工藝生長,有非常不同的歷史和前景。鑒于明顯潛力,晶體管和TCF(透明導電薄膜)被廣為看好,隨著制造業的改進和進一步發展,傳感器和光電應用在商業上取得了成功,未來10年對于某些關鍵終端用戶市場來說前景樂觀。

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    石墨烯透明導電薄膜

    石墨烯的神奇之處

    石墨烯是一種以蜂窩狀晶格排列2D碳納米材料,鑒于理論性能,它通常被稱為“神奇材料”,包括:

    高強度和剛度(楊氏模量為1.3 TPa)

    高導熱性(5300 W/mK)

    低電阻率(10-6Ω.cm)和高電子遷移率

    透明(吸收2.3%的可見光到紅外光)

    大比表面積(2630 m2/g),理想情況下厚度約為0.345nm(一個原子層)的純sp2鍵合碳。然而,根據所使用的制造工藝,商業實現有很大不同。

    石墨烯可以通過“自上而下”(從石墨中剝離)或“自下而上”的生長過程生產。

    2004年英國曼徹斯特大學首次分離了石墨烯,2010年獲得諾貝爾物理學獎。研究和開發周期在延長,商業化的發展才剛剛開始。

    石墨烯的材料等級和形式如下圖所示。

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    石墨烯有更多分類,在許多情況下,它更像是一個光譜

    信源 | IDTechEx

    石墨烯的典型應用

    事實上,說石墨烯不綠色并不確切,智能手機的散熱管理就是一個典型應用。熱管理應用是石墨烯應用的早期關鍵領域,市場對高性能散熱片的需求越來越大,石墨烯的性能和形態也非常適合。

    隨著人們對性能的要求越來越高,這一點在主流智能手機中受到了越來越多的關注。這與用作局部散熱片、較大的散熱片或替代蒸汽散熱室不同,小米、華為、Oppo、中興、Vivo都有嘗試。

    2021年7月,中興通訊推出了Axon 30,該產品在其“三重冰冷卻系統”中使用了石墨烯,系統由蒸汽室冷卻板、熱凝膠和石墨烯-科伯復合材料組成。

    2022年1月,Realme(真我)發布了新的GT 2系列,該系列使用石墨烯片冷卻技術(稱為3D多層石墨烯)和蒸汽室。

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    PBK Review拆解中興Axon 30,石墨烯銅冷卻顯示在右側

    圖源 | PBK Reviews

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    良好的散熱性,表面積11588mm2,最新1232mm2石墨烯散熱片,重量減輕50%

    華為持股公司

    2011成立的常州第六元素材料(Sixth Element)是一家粉體石墨烯研發商,2021年首次盈利,而常州富烯科技股份有限公司是由第六元素、江蘇華威世紀電子集團有限公司共同投資建立的股份制企業,華為旗下的哈勃投資持股10%的富烯科技,該公司成立于2014年,主要從事用于散熱片的石墨烯導熱膜和石墨烯導熱塊的生產。

    華為Mate 20 X手機采用的石墨烯薄膜冷卻技術進行熱管理,生產商就是富烯科技。

    也許石墨烯最重要的是汽車行業的角色。目前使用最廣泛的透明導電材料是氧化銦錫(ITO),但是貴金屬銦的有限儲備和ITO的脆性阻礙了其在柔性電子器件中的應用和可持續發展,開發替代ITO的新型透明導電材料成為柔性電子器件發展的首要任務。

    石墨烯具有超高的電子電導率、理想的電容儲能和對光透明的特性,同時柔性可折疊,在構筑高性能透明導電薄膜和柔性透明超級電容方面等方面具有很大潛力,可用于汽車智能表面,如車載觸控屏應用。

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