奈米材料迎來新機遇!為何它頻頻受到重視?

隨著時代的進步,生物技術、能源、環境、先進製造技術和國防等領域的高速發展,對相關材料也提出新的需求,這其中,元件的小型化、智慧化、高整合、高密度儲存和超快傳輸等對材料的尺寸要求越來越小;航空航天、新型軍事裝備及先進製造技術等對材料效能要求越來越高。可以說,新材料的創新,以及在此基礎上誘發的新技術、新產品的創新是未來幾年對社會發展、經濟振興、國力增強最有影響力的戰略研究領域。而在這其中,奈米材料將會是起到重要作用的關鍵材料之一。十四五規劃當中,國家也深刻意識到了新材料的重要性,重點提及了納米材料這一前沿材料。

奈米材料迎來新機遇!為何它頻頻受到重視?

那麼,奈米材料究竟是什麼呢?具體又在哪些行業有所發展呢?目前我國對於奈米材料的研究,已經到了哪一步了呢?

奈米材料是什麼?

奈米材料是指在三維空間中有至少一維屬於奈米尺寸範圍內(1~100奈米)的材料,或以該尺寸範圍內的物質為基本構成單元的材料。由於在奈米尺寸下,物質具有與宏觀狀態時所不同的表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應和量子限域效應等,因而奈米材料具有異於傳統尺寸材料的光、電、磁、熱、力學和機械等效能。同時,奈米材料根據不同尺寸和性質,在電子行業、生物醫藥、環保、光學等領域都有著巨大的潛能。

同時,根據材料三維尺寸中符合奈米尺寸範圍的維數,可將奈米材料分為三類:

(1)三維尺寸均符合奈米尺寸標準的材料被稱為零維奈米材料,常見形態為奈米顆粒,代表性材料包括鉑奈米顆粒、金奈米顆粒等;

(2)三維尺寸中有兩個維度符合奈米尺寸標準的,材料被稱為一維奈米材料,常見形態為奈米管、奈米線或奈米纖維,代表材料包括碳奈米管、矽奈米線、碳奈米纖維等;

(3)三維尺寸中有一個維度符合奈米尺寸標準的材料被稱為二維奈米材料,常見形態為奈米薄膜,代表性材料包括石墨烯、二硫化鉬等。

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中國奈米材料行業市場現狀

現階段,中國已實現商業化量產應用的奈米材料主要包括碳奈米管導電漿料(也稱為導電液)、奈米鈦酸鋇粉體、奈米碳混懸液、石墨烯導熱膜、量子點光轉換膜等,分別應用於鋰電池導電劑、陶瓷電容器製造、淋巴示蹤、散熱材料、顯示產品等領域。

目前來說,奈米材料的應用市場主要分佈在電子產品製造及醫療領域。未來隨著相關技術的成熟,奈米材料市場將會由實驗研究向產業化、規模化方向發展,在環境、能源、建築等領域的應用也將進一步加深,具有廣闊的發展前景。

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中國奈米材料行業產業鏈

中國奈米材料行業的產業鏈由上至下依次可分為上游奈米材料生產商、中游奈米材料應用零部件生產商以及下游終端產品提供商。

中國奈米材料行業產業鏈上游的主要參與者為奈米材料生產商,按所產奈米材料的主元素可劃分為碳奈米材料生產商及其他奈米材料生產商。 根據融象產業研究院資料顯示,上游奈米材料生產商的成本結構較為穩定,前期在裝置等固定成本方面的投入在總成本中的佔比近 60%,原料、人工等生產相關的浮動成本在總成本中的佔比為 30%左右。因此,上游廠商對中游奈米材料應用零部件生產商的議價能力較高。

中國奈米材料行業產業鏈中游的主要參與者是奈米材料應用零部件生產商。以碳奈米管導電劑市場為例,其中游廠商的參與者主要為購買上游導電劑產品進行動力電池、數碼電池等鋰電池產品生產的電池廠商。這部分電池產品將作為生產零部件繼續輸送至下游的新能源汽車、智慧手機、智慧穿戴裝置、無人機等製造廠商。

奈米材料迎來新機遇!為何它頻頻受到重視?

中國奈米材料行業產業鏈下游的主要參與者為終端應用型產品提供商,主要包括消費類電子產品、通訊通訊及計算機等電子產品的提供商。與中間奈米材料應用零部件生產商不同,終端產品提供商可透過代工生產等形式降低組裝及製造業務在主營業務中的比重,並向消費者提供其他服務型業務以進行終端品牌的塑造與營銷,是“微笑曲線”理論中具有高附加價。

總體來說,

我國奈米產業已經形成規模,品種齊全,基本與國際接軌。不過,奈米材料在傳統產業的應用上尚處於初級階段,主要是利用奈米材料的功能特性升級傳統產品,如功能纖維、服飾、塗料、油漆、塑膠等。未來隨著我國技術的進步,相信我國奈米材料行業,會有新的發展。