盘点未来十大最具潜力新材料:石墨烯颠覆世界

OFweek电子工程网 综合报道

石墨烯或将“彻底改变21世纪”。据相关专家分析,用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。

《新材料产业“十二五”规划》为许多的材料在中国未来的发展指明了方向,本期将沉淀前段时间一直以来材料科学的调查研究精华,为跨越三个阶段的新材料研究列出期终榜单。

未来十大最具潜力新材料

2012年,工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》将石墨烯作为前沿新材料之一。国家科技重大专项、国家973计划也围绕石墨烯部署了一批重大项目。业内人士估计,石墨烯规模未来能达到万亿元以上。

另一个火热的新材料,是碳纤维及其复合材料。

随着低碳经济的不断发展,碳纤维产品的需求也将不断攀升。碳纤维强度大、密度低、线膨胀系数小等特性使之在飞机制造等军工领域、汽车和医疗器械等工业领域、高尔夫球棒和自行车等体育休闲领域备受追捧。

第三种新材料,是轻型合金,主要包括铝合金、镁合金和钛合金。这三种轻型合金由于轻量化、高强度等特点,已经在越来越多的领域开始取代传统的钢才和重型合金。据资料显示,近年来我国批量生产的军用飞机机体和发动机用钛质量合计占比达25%,而F-22钛合金占比更是高达41%。预计到2015年,关键新合金品种开发取得重大突破,形成高端铝合金材30万吨、高端钛合金材2万吨、高强镁合金压铸及型材和板材15万吨的生产能力。

第四种新材料是功能性膜材料。根据科技部《高性能膜材料科技发展“十二五”专项规划》,预期至2015年膜产业结构达千亿元规模,“十二五”期间年均增长率30%,市场前景广阔。

此外,碳纳米管、超导材料、半导体材料、智能材料、生物材料和特种玻璃都是目前最为火热和最具潜力的新材料品种。

以下是对石墨烯、碳纤维、轻型合金、碳纳米管、超导材料、半导体材料、功能薄膜、智能材料、生物材料、特种玻璃这十大未来最具潜力的材料详细介绍:

【石墨烯】

石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪。”

有趣的是,石墨烯诞生并没有使用“高大上”的科学技术,而是由英国曼彻斯特大学的两位科学家用透明胶带从石墨晶体上“粘”出来的。

石墨烯目前最有潜力的是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。据相关专家分析,用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。而近日,美国麻省理工学院的科学家通过研究发现,在特定情况下,石墨烯能够被转化成具有独特功能的拓扑绝缘体。这一研究发现,有望带来一种制造量子计算机的新方法。

其次,石墨烯能助力超级电容器、锂离子电池的发展。据相关资料显示,加入石墨烯材料,同等体积的电容可扩充5倍以上的容量,而锂电池电极中加入石墨烯则可大幅度提高其导电性能。此外,石墨烯还可应用于电路、触摸屏、基因测序以及制造出羽翼般超轻型飞机、超坚韧防弹衣等领域。

【碳纤维】

随着低碳经济的不断发展,碳纤维产品的需求也将不断攀升。碳纤维强度大、密度低、线膨胀系数小等特性使之在飞机制造等军工领域、汽车和医疗器械等工业领域、高尔夫球棒和自行车等体育休闲领域备受追捧。

而十八届三种全会改革军队和国家安全机构的决定,增强了采购国防装备和安防设备的预期,这为碳纤维行业的发展带来利好。中国军用领域对碳纤维的需求一直很大,作为现代战略武器必不可少的新材料之一,碳纤维及其复合材料大量用于战略导弹、隐身战机、现代舰艇以及非杀伤性武器等方面。

【轻型合金】

十二五期间,中国将重点发展高强轻型合金材料。该项工程目标为,到2015年,关键新合金品种开发取得重大突破,形成高端铝合金材30万吨、高端钛合金材2万吨、高强镁合金压铸及型材和板材15万吨的生产能力。2014年,是高强轻型合金达到该工程目标的冲刺年,其冲刺成果值得期待。

钛合金,是一种在现代高端武器中占领重要位置的轻型合金。

据资料显示,近年来我国批量生产的军用飞机机体和发动机用钛质量合计占比达25%,而F-22钛合金占比更是高达41%。钛金属由于具有高强度、延展性好、耐腐蚀、无磁性等优越性能,被广泛用于航空航天、化工、石油、电力等领域。

除钛合金之外,轻型合金还主要包括铝合金和镁合金。铝合金使用较早,如今普及程度也较高,在汽车、轮船等领域经常出现。

而镁合金是实用金属当中质量最轻的,是汽车实现轻量化最重要的新材料之一。

【碳纳米管】

碳纳米管作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能。

碳纳米管除了作为模具,在内部填充金属、氧化物等物质外,还可用于纳米结构电子器件、热电材料、电池电极材料、低温高灵敏度传感器,生物分子载体、催化剂载体等领域。

【超导材料】

超导材料是在特定温度下,电阻消失的材料。超导材料并不罕见,在我们生活中很多材料,如铝、钙、硫、磷等都具有超导特性,只是要实现这些材料的超导性就必须要达到临界温度、超高压等极端条件。

近年来,超导材料所具有的零电阻、完全抗磁性和隧道效应三个特性,使之在全世界广受关注。其最广为人知的用途是用在电力网上,由于无电阻,电力网中损耗为零,将可以节省10%-20%因输送而造成的电力损耗。

【半导体材料】

最近,数字家居以及物联网的崛起惠及半导体产业的蓬勃发展。据市场研究公司IHSiSuppli报告显示,2013年,家电半导体市场增幅达到12%,规模达到26亿美元,去年这一数字为23亿美元。除此之外,半导体材料涉及的产业主要包括集成电路、LED、太阳能光伏等。

【功能薄膜】

功能薄膜属于先进高分子材料的一种,其种类较多,应用领域各异,在战略新兴产业中扮演重要角色。目前,被看好的功能薄膜主要有光学薄膜、光伏薄膜、锂电池隔膜、水处理渗透膜、高阻隔包装膜等。

【智能材料】

你想象过有一天手机揣在兜里就能充电吗?英国的科学家利用智能材料满足了人们的这一愿望。

今年上半年,英国沃达丰手机公司和南安普顿大学合作研制一种便捷式充电器,只要将手机与裤袋内的接驳头相连即可充电。而该短裤是用智能面料聚合泡沫物料制成,它的作用是能将人体运动时产生的能量转化成电能。

一般认为,智能材料拥有七大功能,包括传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。而这七大功能正好切合了时下火热的可穿戴设备以及4D技术,此外该材料在医疗、军工、建筑等领域也具有巨大的潜力。

【生物材料】

生物材料主要应用在医学上,目前利用生物材料已经生产出除大脑以外的人体所有的器官。在市场上已经有的产品包括人工眼角膜、心脏支架、心脏起搏器、人工硬脑膜等等。

【特种玻璃】

特种玻璃包含的光伏玻璃和超薄玻璃两个子行业也迎来发展先机。随着移动设备产业的发展,对高性能玻璃的需求也越来越大,其中包括用于各种平板显示器件的平板玻璃,用于光的折射、透射等方面的传光玻璃。此外,微晶玻璃还应用在太阳能基板、集成电路基板和人工骨齿等方面。

十大极具潜质新材料公司

我们通过这半年来对新材料基础物质、新材料顶尖实验室和相关公司的调查研究,并对比新材料上市公司的产品前景、公司核心竞争力和公司业绩和估值,得出在2014年具备翻倍潜质的十大上市公司。

十大上市公司分别是:康得新、津膜科技、欧菲光、中国宝安、中科三环、云南锗业、国瓷材料、方大炭素、长海股份和银邦股份。

十大公司分别从事高分子材料、石墨烯、特种金属材料、先进陶瓷材料和碳纤维复合材料的研发和销售,都是新材料中最具发展潜力的品种。

其中,不少公司募投项目都将在2014年达产,产能将出现大幅增长。康得新预计2014年项目完全达产后,每年新增销售收入49。21亿元、净利润12。79亿元,分别达到2012年总营收和净利润的220%和300%。

津膜科技预计2014年3月31日复合热致相分离法高性能PVDF中空纤维膜产业化和海水淡化预处理膜两大项目全部投产后,公司产能规模将达到415万平米/年,是目前的4倍。

长海股份预计年产70000吨E-CH玻璃纤维生产线项目投产后,公司玻纤纱产能将从3万吨提升至10万吨,增幅达233%。

银邦股份方面,公司目前总产能7。5万吨,公司计划通过募投项目将产能提升至20万吨/年。

作为高科技企业,新材料公司都面临包括技术进步竞争者蜂拥而入引起恶性竞争、以及新产品开发不及预期等风险,投资者需仔细分辨。

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