石墨烯引爆巨頭爭奪戰，5G時(shí)代材料創(chuàng )新顛覆手機？

繼石墨烯薄膜在華為Mate20X得到首次應用之后，華為近期發(fā)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(shù)，與此同時(shí)，三星和蘋(píng)果也加快石墨烯在終端上的應用。

5G時(shí)代，手機向輕薄化、智能化和多功能化等方向發(fā)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(lǐng)域的應用也在加速探索，一個(gè)千億級的市場(chǎng)浮現。

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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(shù)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(chēng)采用 “有點(diǎn)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(chǎng)商，三星也在發(fā)力。據報道，三星GalxayFold2將會(huì )采用石墨烯基電池，這種電池的正負極以及電解質(zhì)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(fā)布帶有石墨烯電池的智能手機。早在2017年11月，三星就已經(jīng)獲得了基于石墨烯電池解決方案的專(zhuān)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(píng)果方面，此前一直有傳聞蘋(píng)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(huì )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(kāi)始對石墨烯進(jìn)行研究，著(zhù)力研發(fā)石墨烯光傳感器。據悉，石墨烯對光線(xiàn)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(zhù)中外巨頭的發(fā)力，在石墨烯領(lǐng)域激烈競爭已經(jīng)愈演愈烈。

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5G手機石墨烯大有可為

石墨烯是目前發(fā)現的最薄、最堅硬、導電性能最強的材料?！靶虏牧现酢笔┠壳霸陔姶牌帘?、新能源電池，以及航空航天、衛生、醫療領(lǐng)域等等都得到了廣泛的關(guān)注，而且在很多領(lǐng)域里面都有可能會(huì )帶來(lái)顛覆性的變革。華為創(chuàng )始人任正非曾經(jīng)表示，未來(lái)10到20年內會(huì )爆發(fā)一場(chǎng)技術(shù)革命，將來(lái)最大的顛覆事件是石墨烯時(shí)代取代硅時(shí)代。

具體到手機行業(yè)來(lái)看，石墨烯在5G時(shí)代也有廣闊的發(fā)展空間。

一方面會(huì )增加5G手機的續航。當前智能手機行業(yè)所采用的電池技術(shù)主要是鋰離子電池，在科技行業(yè)技術(shù)革新不斷的情況下，電池技術(shù)的突破難題待解。石墨烯電池受到的業(yè)界關(guān)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(gè)。一是在傳統鋰電池上進(jìn)行升級改造，提升鋰電池的性能。二是依據石墨烯制造一個(gè)新體系的電池，從而實(shí)現顛覆性的性能，可以將其稱(chēng)為“超級電池”。如果石墨烯+電池有重大突破，那將會(huì )給手機續航帶來(lái)重大變革。

另一方面也將解決5G手機的散熱問(wèn)題。散熱已成為決定智能手機以及其他智能終端性能的關(guān)鍵。目前智能手機上采用的散熱技術(shù)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(gè)方向均勻導熱，可有效防止電子產(chǎn)品局部過(guò)熱。同時(shí)有很高的導熱性能，導熱系數高達5300W/m·K，超過(guò)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(zhì)或者銅質(zhì)散熱器，成為5G時(shí)代散熱解決方案的優(yōu)秀材料。

目前，華為積極開(kāi)發(fā)石墨烯散熱技術(shù)。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(shù)，華為從手機到平板電腦領(lǐng)域，正在探索新的散熱之路。今年的旗艦Mate40系列也大概率會(huì )使用這種新的散熱技術(shù)。

隨著(zhù)5G手機換機潮的到來(lái)，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(huì )比傳統的材料透光率更高，透光率高達 97.4%，屏幕顯示會(huì )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(shuō)石墨烯屏幕觸控起來(lái)會(huì )更加的靈敏。

石墨烯材質(zhì)產(chǎn)品有望被應用在觸摸屏、電池、傳感器等多個(gè)領(lǐng)域，即將改變手機等數碼產(chǎn)品的未來(lái)形態(tài)。

小米在今年2月，投資了從事化學(xué)法石墨烯生產(chǎn)的公司廣東墨?？萍?，華為近日也投資常州富烯，在石墨烯技術(shù)領(lǐng)域不斷加碼。業(yè)內人士表示，華為的加碼尤為關(guān)鍵，將會(huì )在業(yè)內掀起一場(chǎng)石墨烯材料和技術(shù)的新潮流。

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亟待殺手锏應用落地

我國對石墨烯產(chǎn)業(yè)的重視與日俱增。截至2019年9月底，注冊的與石墨烯相關(guān)的單位數量達12228家。中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新戰略聯(lián)盟秘書(shū)長(cháng)李義春博士透露，中國石墨烯行業(yè)正處于市場(chǎng)導入期，預計石墨烯產(chǎn)業(yè)2020年進(jìn)入快速成長(cháng)期，2021年市場(chǎng)規?？蛇_200億元，2025年有望達到1000億元。

不過(guò)，從石墨烯于2004被科學(xué)家發(fā)現證實(shí)后到今天，已經(jīng)過(guò)去了16年， “石墨烯”至今沒(méi)有大規模應用，目前來(lái)看還存在不小的挑戰。

首先是成本問(wèn)題。

目前石墨烯的價(jià)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(yè)內人士坦言，現在所說(shuō)的很多所謂的石墨烯電池，其實(shí)只是加了一點(diǎn)石墨烯粉，并不是真正的石墨烯電池。對于現在的廠(chǎng)商和用戶(hù)來(lái)說(shuō)，石墨烯成本和價(jià)格如果不降的話(huà)，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(chǎn)品很多，但大多都是商家噱頭，業(yè)內尚無(wú)大規模成功的應用案例，國內石墨烯產(chǎn)業(yè)處于初級發(fā)展階段，產(chǎn)品主要用于研究機構的研究。市場(chǎng)開(kāi)拓過(guò)程需要很長(cháng)一段時(shí)間，而應用市場(chǎng)尚未完全打開(kāi)，這使得石墨烯公司難以穩定獲取利潤，從而實(shí)現良性發(fā)展。

再有就是，工藝上來(lái)看，目前制取石墨烯還存在技術(shù)壁壘。

目前如何批量化地制備大面積、穩定性好、高質(zhì)量的石墨烯是難點(diǎn)之一，如果良率在50%-60%，就很難達到產(chǎn)業(yè)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(shù)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(gè)不錯的應用案例。成功的應用案例對開(kāi)拓石墨烯應用市場(chǎng)意義重大。

從整個(gè)行業(yè)發(fā)展趨勢上看，石墨烯產(chǎn)業(yè)有很大的前景和增長(cháng)潛力，但作為一個(gè)全新的朝陽(yáng)行業(yè)，石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展還需要更多的時(shí)間積累，只有在技術(shù)和成本領(lǐng)域有重大突破，才能帶來(lái)顛覆性變革。