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石墨烯引爆巨頭爭奪戰, 5G時代材料創新顛覆手機?

覽潮網 7月3日訊(記者 杜峰)繼石墨烯薄膜在華為Mate20X得到首次應用之后,華為近期發布的國內首款5G平板華為MatePadPro5G,搭載了超厚3D石墨烯散熱技術,與此同時,三星和蘋果也加快石墨烯在終端上的應用。

5G時代,手機向輕薄化、智能化和多功能化等方向發展,對手機散熱等提出了更高的要求,石墨烯薄膜方案漸成主流,而石墨烯在其他領域的應用也在加速探索,一個千億級的市場浮現。

手機大佬搶用“超級材料”石墨烯

石墨烯作為一種新型二維納米材料,具有高導電性、高機械強度、柔性輕薄等特性,正在被手機巨頭探索應用。

華為在手機上的石墨烯技術應用,最早始于2018年, Mate20 X在手機上全球第一次使用了石墨烯散熱,利用其高速傳熱性能加速芯片散熱。

今年2月10日,小米手機官方也公布小米 10 的散熱設計,號稱采用 “有點夸張”的立體散熱系統,使用石墨烯+大面積VC液冷板+超大多層石墨。小米10內置了6層石墨作為立體散熱的補充,讓小米10的內部溫度更加均勻。

除了中國廠商,三星也在發力。據報道,三星GalxayFold2將會采用石墨烯基電池,這種電池的正負極以及電解質均由石墨烯材料制成,雖然還算不上真正的石墨烯電池,但相較于傳統電池,在體積和電池容量上都將有明顯提升。

去年也曾有媒體報道,三星將在兩年內發布帶有石墨烯電池的智能手機。早在2017年11月,三星就已經獲得了基于石墨烯電池解決方案的專利。相比傳統的解決方案,三星的石墨烯解決方案能使電池的電荷比鋰電池高出45%。

蘋果方面,此前一直有傳聞蘋果準備把石墨烯電池應用在手機上,近日有媒體曝光iPhone12一些情況, iPhone12除了外形方面做出了顛覆式的設計,將會是屏幕石墨烯電池的首次應用,搭載一塊容量為5000mAh的石墨烯基電池,由于電池的電芯以及正負極均有石墨烯材料制成,充電效率將提升50%。

此外,諾基亞從2006年開始對石墨烯進行研究,著力研發石墨烯光傳感器。據悉,石墨烯對光線很敏感,所以用石墨烯做攝像頭,其感光率將比普通攝像頭高1000倍。

隨著中外巨頭的發力,在石墨烯領域激烈競爭已經愈演愈烈。

5G手機石墨烯大有可為

石墨烯是目前發現的最薄、最堅硬、導電性能最強的材料。“新材料之王”石墨烯目前在電磁屏蔽、新能源電池,以及航空航天、衛生、醫療領域等等都得到了廣泛的關注,而且在很多領域里面都有可能會帶來顛覆性的變革。華為創始人任正非曾經表示,未來10到20年內會爆發一場技術革命,將來最大的顛覆事件是石墨烯時代取代硅時代。

具體到手機行業來看,石墨烯在5G時代也有廣闊的發展空間。

一方面會增加5G手機的續航。當前智能手機行業所采用的電池技術主要是鋰離子電池,在科技行業技術革新不斷的情況下,電池技術的突破難題待解。石墨烯電池受到的業界關注,主要是使用石墨烯電池,可以在不改變現有電池體積大小的情況下,讓電量翻倍。

目前石墨烯在鋰電池方面的研究方向主要有兩個。一是在傳統鋰電池上進行升級改造,提升鋰電池的性能。二是依據石墨烯制造一個新體系的電池,從而實現顛覆性的性能,可以將其稱為“超級電池”。如果石墨烯+電池有重大突破,那將會給手機續航帶來重大變革。

另一方面也將解決5G手機的散熱問題。散熱已成為決定智能手機以及其他智能終端性能的關鍵。目前智能手機上采用的散熱技術主要包括石墨烯熱輻射貼片散熱、金屬背板散熱、導熱凝膠散熱以及導熱銅管散熱等。

石墨烯獨特的晶粒取向,使得其沿兩個方向均勻導熱,可有效防止電子產品局部過熱。同時有很高的導熱性能,導熱系數高達5300W/m·K,超過了鋼、銅、鐵等多種金屬材料,甚至高于碳納米管和金剛石的導熱系數。因此可以替代傳統的鋁質或者銅質散熱器,成為5G時代散熱解決方案的優秀材料。

目前,華為積極開發石墨烯散熱技術。從Mate 20 X到Mate 30 Pro 再到華為P40系列等手機,加上華為MatePad Pro 5G平板電腦也是采用石墨烯技術,華為從手機到平板電腦領域,正在探索新的散熱之路。今年的旗艦Mate40系列也大概率會使用這種新的散熱技術。

隨著5G手機換機潮的到來,由于石墨烯具有極高的熱導率和熱輻射系數,有望迅速擴大在電子設備散熱方案中的應用。

此外,石墨烯還是一種比較好的柔性屏材料。它的透光率會比傳統的材料透光率更高,透光率高達 97.4%,屏幕顯示會更加清晰,而且石墨烯電阻率比傳統材料電阻率也要低,所以說石墨烯屏幕觸控起來會更加的靈敏。

石墨烯材質產品有望被應用在觸摸屏、電池、傳感器等多個領域,即將改變手機等數碼產品的未來形態。

小米在今年2月,投資了從事化學法石墨烯生產的公司廣東墨睿科技,華為近日也投資常州富烯,在石墨烯技術領域不斷加碼。業內人士表示,華為的加碼尤為關鍵,將會在業內掀起一場石墨烯材料和技術的新潮流。

亟待殺手锏應用落地

我國對石墨烯產業的重視與日俱增。截至2019年9月底,注冊的與石墨烯相關的單位數量達12228家。中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李義春博士透露,中國石墨烯行業正處于市場導入期,預計石墨烯產業2020年進入快速成長期,2021年市場規模可達200億元,2025年有望達到1000億元。

不過,從石墨烯于2004被科學家發現證實后到今天,已經過去了16年, “石墨烯”至今沒有大規模應用,目前來看還存在不小的挑戰。

首先是成本問題。

目前石墨烯的價格每克達到了上千元,就算每臺手機的石墨烯電池用不了多少石墨烯,但也不是一般手機可以承受的。有業內人士坦言,現在所說的很多所謂的石墨烯電池,其實只是加了一點石墨烯粉,并不是真正的石墨烯電池。對于現在的廠商和用戶來說,石墨烯成本和價格如果不降的話,石墨烯電池是空中樓閣。

其次,缺乏應用案例。

目前雖然石墨烯產品很多,但大多都是商家噱頭,業內尚無大規模成功的應用案例,國內石墨烯產業處于初級發展階段,產品主要用于研究機構的研究。市場開拓過程需要很長一段時間,而應用市場尚未完全打開,這使得石墨烯公司難以穩定獲取利潤,從而實現良性發展。

再有就是,工藝上來看,目前制取石墨烯還存在技術壁壘。

目前如何批量化地制備大面積、穩定性好、高質量的石墨烯是難點之一,如果良率在50%-60%,就很難達到產業化的要求,更何況還需要下游的應用推廣。

中科院重慶綠色智能技術研究院微納制造與集成研究中心副主任史浩飛表示,石墨烯手機有可能成為一個不錯的應用案例。成功的應用案例對開拓石墨烯應用市場意義重大。

從整個行業發展趨勢上看,石墨烯產業有很大的前景和增長潛力,但作為一個全新的朝陽行業,石墨烯產業發展還需要更多的時間積累,只有在技術和成本領域有重大突破,才能帶來顛覆性變革。

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