石墨烯應用市場與展望

刊登日期:2013/12/18
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林國權/工研院產經中心

石墨烯議題在2010年因諾貝爾物理獎而聲名大噪,近兩年在研究上也從學術慢慢走出實驗室,逐漸進入到商業應用。南韓三星與LG更是投入大量經費進行相關研發,準備大舉進軍商業化市場。南韓企業更為了加速推進商業化階段,確保技術原創性,大量申請專利,儼然就是繼OLED後,南韓政府所押的另外一個重注-石墨烯商機。

石墨烯受到許多產業關注,但是石墨烯在產品生命週期中,仍屬於萌芽階段,面對許多未知與不確定性,有相當多的應用仍處於疑惑與模糊階段,到底何種應用值得發展?何種應用是短期間內可見?誰又將是未來贏家呢?本文將進行探討與分析。


資料來源:IDTechEx;工研院IEK(2013/10)

圖一、2012年~2018年全球石墨烯應用市場趨勢及規模預測

一、石墨烯之簡介
石墨烯就是組成石墨的最小單元結構,換言之,石墨是由成千上萬層石墨烯片所組成的,而石墨烯的理論厚度約0.334奈米(相當於一個原子直徑),因此是目前世界上所發現最薄的物質;此外,石墨烯也擁有絕佳地熱傳導效率(水平導熱係數5300W/m‧k)、電子遷移速率(超過20萬cm2/vs)等特性。

石墨烯是於2004年,由英國曼徹斯特大學兩位俄國籍物理學家安德烈•海姆和康斯坦丁•諾沃肖洛夫所發現。他們將石墨片放置在膠帶中,摺疊膠帶黏住石墨薄片的兩側,撕開膠帶,薄片也隨之一分為二。不斷重複這一過程,就可以得到越來越薄的石墨薄片,最後透過光學顯微鏡找到了單層石墨烯。但是為何他們可以獲得諾貝爾獎?其貢獻度為何?其原因為:石墨烯早在1918年就被科學家提出這樣的一個構造材料(V. Kohlschutter和P. Haenni詳細地描述了石墨氧化物紙(graphite oxide paper)的性質)。到了1948年,科學家G. Ruess和F. Vogt曾透過穿透式電子顯微鏡拍攝的少層石墨烯(層數在3層至10層之間的石墨烯)圖像,但始終沒有人能真正證實單層石墨烯結構的存在,石墨烯是否能穩定存在曾經一度受到質疑,因此石墨烯最終的發現解決了近百年的難題。此外,自2004年發現石墨烯的存在後,科學家發現石墨烯擁有許多優越的性能,能為未來的科技帶來許多突破性的應用,甚至顛覆現有的科技,故於2010年獲得諾貝爾物理獎。

二、石墨烯潛力市場預估
圖一為IDTechEx針對石墨烯應用市場推估之市場規模趨勢,IDTechEx透過實際拜訪相關領域企業,在了解應用技術門檻及商品化時程規劃,並確保每年追蹤廠商發展,以隨時修正規模預測,其推估值較有依據性且較為保守。該機構推估石墨烯的應用產值至2018年會達到1億美元,自2012年至2014年,石墨烯最大的應用仍在學術與法人之研究,而最先導入的應用會是在複合材料的應用,而自2015年後,最具爆發成長的應用是在電池電容的應用,此外,在感測器與RFID的應用也會開始萌芽發展------ 以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


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