石墨烯引爆新一轮技术革命,酿造数十亿商机

瞄准石墨烯材料的特性,未来在智慧手机散热膜、锂电池、半导体等应用的庞大商机,三星、乐金、Google、IBM、华为等国际科技大厂,早都砸下重金投入石墨烯技术研发;
  2016年,石墨烯每公斤售价可望降至200美元以下,将使市场接受度大增,加速在智慧手机散热膜、抗腐蚀涂料、电池等应用大量商用化进程。

  「预期2016年石墨烯每公斤价格可降到200至150美元。」AngstronMaterialsInc.(简称AMI)创办人暨执行长张博增接受本刊专访时,明确指出石墨烯将达市场可接受的价位,且迈入大量商用化阶段。

  2014年,全球首款内建石墨烯散热膜的南韩品牌智慧手机问世,就是采用AMI投产的石墨烯。这家南韩手机品牌大厂,计划等到石墨烯每公斤价格从2015年250至300美元,于2016年调降到200至150美元之后,开始于产品线大量导入石墨烯散热膜。
石墨烯引爆技术革命
  售价骤降手机导热材料率先导入

  「等到石墨烯每公斤的价格下降至200美元以下,石墨烯首款大量商用化的应用就是手机导热材料。」张博增透露,手机运算效能愈来愈高,对散热需求也与日俱增;所以单价降至市场可接受的范围之后,就会愈来愈普及。由于石墨烯的导热系数是目前人类已知材料中最高的,所以逐渐被使用在导热或散热的领域;加上智慧手机愈做愈薄,原本传统智慧手机散热膜采用的涂料厚度是24微米,用石墨烯可能只有5微米;也就是说,未来智慧手机设计要更轻薄,关键非石墨烯莫属。

  瞄准石墨烯材料的特性,未来在智慧手机散热膜、锂电池、半导体等应用的庞大商机,三星、乐金、Google、IBM、华为等国际科技大厂,早都砸下重金投入石墨烯技术研发;同时也在产品线内大量应用石墨烯散热膜,将之安装在手机内部的电路板,帮助处理器散热,导热到外面的机壳。

  2015年10月,华为宣布与英国曼彻斯特大学合作研究石墨烯应用。华为创办人任正非指出,现在矽的制程极限是7奈米,已接近临界点,未来10至20年内将爆发一场技术革命,未来最大的颠覆事件,就是石墨烯取代矽的时代来临。

  石墨烯材料的独特性,也让美国、中国、南韩、日本、马来西亚及欧盟纷纷挹注庞大资金展开相关研究与技术布局,其中,中国《新材料产业十二五发展规画》中,已将石墨烯做为前线新材料重点发展之一;并在2015年底将石墨烯纳入《新材料产业十三五发展规画》中。

  过去,尽管有那么多科技大厂、甚至各国政府倾力发展之下,全球多达数千项的石墨烯专利,却不见石墨烯材料大量商用化,正是因为价格过于昂贵。

  「2、3年前,单层石墨烯1公克就要价250美元,要拿样品给终端应用的系统厂商测试,都是一件很困难的事情。」安炬科技董事长吴以舜回忆当初推广石墨烯吃闭门羹的窘境。

  石墨烯供应商都明白一个残酷的事实,石墨烯要大量普及,单价必须市场能接受。

  在张博增及其管理团队戮力之下,全球员工数不到30人的公司——AMI,可望抢先在2016年,率先让石墨烯达到每公斤低于200美元的目标。

  考量氧化石墨烯的废料有环境污染问题,需要专业化工厂共同克服;另一方面,也希望石墨烯供应链成形,张博增先于2012年回到桃园设立后段工厂,这家工厂2013年成为全球首家获得ISO9001认证的石墨烯工厂,后来又找上位于台中的化工厂合作,移转AMI技术,由这家化工厂协助前段氧化石墨烯制程代工。

  有了盟友加入,AMI无论量产与降低成本的进度,都比预期大幅超前,并在2014年接获来自智慧手机散热膜、轮胎与脚踏车的复合材料、抗腐蚀涂料等不同下游应用厂商的订单。

  随着石墨烯价格下探,也将延伸至更多元化应用。张博增认为,等到石墨烯每公斤降至150美元,在抗腐蚀涂料的市场接受度将大增;若降至每公斤120美元,则可能提高在超级电容的市场能见度;至每公斤100美元时,将有助扩大在电子元件的市场渗透率。

  但现阶段要能进一步扩大石墨烯应用,配方、表面改质(例如制作成片状、卷曲或一朵花的形状)将成关键。

  「没办法做表面改质,客户用不上。」吴以舜强调,每种类型应用对于石墨烯的层数或片状、卷曲要求不同,要让石墨烯的配方、表面改质到适合不同应用,这里面就很多学问,也是很多石墨烯厂商申请专利的重点之一。
石墨烯引爆技术革命
  应用遍地开花个别企业很难通吃市场

  因为石墨烯是粉末,很细、很轻,密度非常低,甚至可以飘起来。吴以舜举例,要把石墨烯混到不同异质产品里,要放多少?如何放?实验阶段面临很大挑战。

  安炬科技开发的石墨烯喷漆,已成功应用于发光二极体(LED)灯具背后的铝制散热鳍片。吴以舜举例,现在喷漆也是石墨烯愈来愈常见的应用,喷到L??ED灯具背后的铝制散热鳍片,可提高灯具均匀导热的效果。「在铝制的散热鳍片上,喷上石墨烯材料,可提高导热效果8至15%。」

  但喷漆是否可以很好的附着在物体上面,并不是单纯把石墨烯掺到漆里就可以,这与配方与表面改质都有关系。「每一种应用就是需要完全不同的配方,能不能很容易的改质,与石墨烯厂商对于石墨烯材料及特性的掌握度息息相关。」吴以舜说。

  也因此,石墨烯供应商必须尝试与不同的下游应用厂商,合作调配石墨烯的配方,这样才能让下游应用厂商直接使用。例如AMI正与台湾轮胎与脚踏车的复合材料、抗腐蚀涂料等应用厂商,一起开发产品。

  石墨烯拥有诸多独特特性,未来应用在不同领域,将有更多想像空间。例如石墨烯是导电最好的材料,抽成丝在外面包一个聚氯乙烯(PVC),就变成电线,届时,传统电线都可被换掉。

  采用石墨烯材料制作成的电线,体重不到传统铜线的十分之一,又轻又坚韧不会断。只要价格再接近铜价,将是很好的应用。「全球使用的电线量,你可以想想这是上兆美元以上的产业。」吴以舜估算着。

  现在美国一家3D列印上市公司也和安炬科技技术合作,利用石墨烯材料制成的胶来做印刷,这种胶可列印出电线。另外,「将来战机里面的电线如果用石墨烯,飞机重量就少10%,那飞机就能多载一颗飞弹了,这都是想像。」吴以舜笑着说。

  看好石墨烯在电池领域的前景,张博增计划成立专门做石墨烯材料的电池公司EnerGNano,目前正在募资。

  而南韩乐金化学准备在中国投资建置一条石墨烯电池生产线;西班牙石墨烯制造商Graphenano与西班牙科尔瓦多大学合作研发首例石墨烯聚合材料电池,电力储存量将是目前市场上最好电池产品的3倍,安装在电动车上最多能行驶1,000公里,且充电时间不到8分钟。

  但尽管科技大厂拥有庞大资源,吴以舜、张博增都不认为这代表这些科技大厂,就有机会可以在石墨烯商用化捷足先登。

  「牵涉到技术的东西,不是哪家公司想主导就能够主导,因为并不是有钱就可以。」投入研发长达8年以上、也拥有80项石墨烯专利的吴以舜话说得很直白,况且每家科技大厂涉足的应用领域不同、策略不同,很难通吃市场,因为石墨烯市场实在太大了。

  但可以预期的是,更多业者跨入研发石墨烯之后,势必加速石墨烯的应用商用化,不久的未来将会大大改变人类的日常生活。
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