石墨烯引爆技術革命,商機上兆美元

作者 | 發布日期 2016 年 01 月 24 日 0:00 | 分類 手機 , 能源科技 , 電池 follow us in feedly

2016 年,石墨烯每公斤售價可望降至 200 美元以下,將使市場接受度大增,加速在智慧手機散熱膜、抗腐蝕塗料、電池等應用大量商用化進程。



「預期 2016 年石墨烯每公斤價格可降到 200 至 150 美元。」Angstron Materials Inc.(簡稱 AMI)創辦人暨執行長張博增接受本刊專訪時,明確指出石墨烯將達市場可接受的價位,且邁入大量商用化階段。

2014 年,全球首款內建石墨烯散熱膜的南韓品牌智慧手機問世,就是採用 AMI 投產的石墨烯。這家南韓手機品牌大廠,計劃等到石墨烯每公斤價格從 2015 年 250 至 300 美元,於 2016 年調降到 200 至 150 美元之後,開始於產品線大量導入石墨烯散熱膜。

 

售價驟降  手機導熱材料率先導入

「等到石墨烯每公斤的價格下降至 200 美元以下,石墨烯首款大量商用化的應用就是手機導熱材料。」張博增透露,手機運算效能愈來愈高,對散熱需求也與日俱增;所以單價降至市場可接受的範圍之後,就會愈來愈普及。由於石墨烯的導熱係數是目前人類已知材料中最高的,所以逐漸被使用在導熱或散熱的領域;加上智慧手機愈做愈薄,原本傳統智慧手機散熱膜採用的塗料厚度是 24 微米,用石墨烯可能只有 5 微米;也就是說,未來智慧手機設計要更輕薄,關鍵非石墨烯莫屬。

瞄準石墨烯材料的特性,未來在智慧手機散熱膜、鋰電池、半導體等應用的龐大商機,三星、樂金、Google、IBM、華為等國際科技大廠,早都砸下重金投入石墨烯技術研發;同時也在產品線內大量應用石墨烯散熱膜,將之安裝在手機內部的電路板,幫助處理器散熱,導熱到外面的機殼。

2015 年 10 月,華為宣布與英國曼徹斯特大學合作研究石墨烯應用。華為創辦人任正非指出,現在矽的製程極限是 7 奈米,已接近臨界點,未來 10 至 20 年內將爆發一場技術革命,未來最大的顛覆事件,就是石墨烯取代矽的時代來臨。

石墨烯材料的獨特性,也讓美國、中國、南韓、日本、馬來西亞及歐盟紛紛挹注龐大資金展開相關研究與技術布局,其中,中國《新材料產業十二五發展規畫》中,已將石墨烯做為前線新材料重點發展之一;並在 2015 年底將石墨烯納入《新材料產業十三五發展規畫》中。

過去,儘管有那麼多科技大廠、甚至各國政府傾力發展之下,全球多達數千項的石墨烯專利,卻不見石墨烯材料大量商用化,正是因為價格過於昂貴。

「2、3 年前,單層石墨烯 1 公克就要價 250 美元,要拿樣品給終端應用的系統廠商測試,都是一件很困難的事情。」安炬科技董事長吳以舜回憶當初推廣石墨烯吃閉門羹的窘境。

石墨烯供應商都明白一個殘酷的事實,石墨烯要大量普及,單價必須市場能接受。

在張博增及其管理團隊戮力之下,全球員工數不到 30 人的公司——AMI,可望搶先在 2016 年,率先讓石墨烯達到每公斤低於 200 美元的目標。

考量氧化石墨烯的廢料有環境污染問題,需要專業化工廠共同克服;另一方面,也希望石墨烯供應鏈成形,張博增先於 2012 年回到桃園設立後段工廠,這家工廠 2013 年成為全球首家獲得 ISO 9001 認證的石墨烯工廠,後來又找上位於台中的化工廠合作,移轉 AMI 技術,由這家化工廠協助前段氧化石墨烯製程代工。

有了盟友加入,AMI 無論量產與降低成本的進度,都比預期大幅超前,並在 2014 年接獲來自智慧手機散熱膜、輪胎與腳踏車的複合材料、抗腐蝕塗料等不同下游應用廠商的訂單。

隨著石墨烯價格下探,也將延伸至更多元化應用。張博增認為,等到石墨烯每公斤降至 150 美元,在抗腐蝕塗料的市場接受度將大增;若降至每公斤 120 美元,則可能提高在超級電容的市場能見度;至每公斤 100 美元時,將有助擴大在電子元件的市場滲透率。

但現階段要能進一步擴大石墨烯應用,配方、表面改質(例如製作成片狀、捲曲或一朵花的形狀)將成關鍵。

「沒辦法做表面改質,客戶用不上。」吳以舜強調,每種類型應用對於石墨烯的層數或片狀、捲曲要求不同,要讓石墨烯的配方、表面改質到適合不同應用,這裡面就很多學問,也是很多石墨烯廠商申請專利的重點之一。

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應用遍地開花  個別企業很難通吃市場

因為石墨烯是粉末,很細、很輕,密度非常低,甚至可以飄起來。吳以舜舉例,要把石墨烯混到不同異質產品裡,要放多少?如何放?實驗階段面臨很大挑戰。

安炬科技開發的石墨烯噴漆,已成功應用於發光二極體(LED)燈具背後的鋁製散熱鰭片。吳以舜舉例,現在噴漆也是石墨烯愈來愈常見的應用,噴到 LED 燈具背後的鋁製散熱鰭片,可提高燈具均勻導熱的效果。「在鋁製的散熱鰭片上,噴上石墨烯材料,可提高導熱效果 8 至 15%。」

但噴漆是否可以很好的附著在物體上面,並不是單純把石墨烯摻到漆裡就可以,這與配方與表面改質都有關係。「每一種應用就是需要完全不同的配方,能不能很容易的改質,與石墨烯廠商對於石墨烯材料及特性的掌握度息息相關。」吳以舜說。

也因此,石墨烯供應商必須嘗試與不同的下游應用廠商,合作調配石墨烯的配方,這樣才能讓下游應用廠商直接使用。例如 AMI 正與台灣輪胎與腳踏車的複合材料、抗腐蝕塗料等應用廠商,一起開發產品。

石墨烯擁有諸多獨特特性,未來應用在不同領域,將有更多想像空間。例如石墨烯是導電最好的材料,抽成絲在外面包一個聚氯乙烯(PVC),就變成電線,屆時,傳統電線都可被換掉。

採用石墨烯材料製作成的電線,體重不到傳統銅線的十分之一,又輕又堅韌不會斷。只要價格再接近銅價,將是很好的應用。「全球使用的電線量,你可以想想這是上兆美元以上的產業。」吳以舜估算著。

現在美國一家 3D 列印上市公司也和安炬科技技術合作,利用石墨烯材料製成的膠來做印刷,這種膠可列印出電線。另外,「將來戰機裡面的電線如果用石墨烯,飛機重量就少 10%,那飛機就能多載一顆飛彈了,這都是想像。」吳以舜笑著說。

看好石墨烯在電池領域的前景,張博增計劃成立專門做石墨烯材料的電池公司 EnerG Nano,目前正在募資。

而南韓樂金化學準備在中國投資建置一條石墨烯電池生產線;西班牙石墨烯製造商 Graphenano 與西班牙科爾瓦多大學合作研發首例石墨烯聚合材料電池,電力儲存量將是目前市場上最好電池產品的 3 倍,安裝在電動車上最多能行駛 1,000 公里,且充電時間不到 8 分鐘。

但儘管科技大廠擁有龐大資源,吳以舜、張博增都不認為這代表這些科技大廠,就有機會可以在石墨烯商用化捷足先登。

「牽涉到技術的東西,不是哪家公司想主導就能夠主導,因為並不是有錢就可以。」投入研發長達 8 年以上、也擁有 80 項石墨烯專利的吳以舜話說得很直白,況且每家科技大廠涉足的應用領域不同、策略不同,很難通吃市場,因為石墨烯市場實在太大了。

但可以預期的是,更多業者跨入研發石墨烯之後,勢必加速石墨烯的應用商用化,不久的未來將會大大改變人類的日常生活。

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(本文由 財訊 授權轉載;首圖來源:Flickr/UCL Mathematical and Physical Sciences CC BY 2.0) 

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