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盘点新三板前沿领域之新材料石墨烯篇

www.91jinshu.com   2017-08-06  来源:联讯证券  编辑部

随着近期A股市场新材料板块的大涨,新材料板块又一次引起了投资者的关注和追捧。新材料板块下最为火热的几大概念之一就是石墨烯概念,石墨烯概念龙头股方大炭素(600516)(600516.SH)从6月26日开盘的12.05元一路涨至7月28日的30.89元,区间涨幅156%,区间成交额高达949亿元,位列所有A股的第三位。本期我们将介绍石墨烯的产业应用与技术革新。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料,所以又叫做单原子层石墨。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,甚至有科学家预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。

石墨烯原材料可以分为石墨烯薄膜和粉体(微片)两类。石墨烯粉体主要由球磨剥离法、气相液相剥离法和氧化还原法等制备,其中氧化还原法制备的石墨烯粉体层数最少。石墨烯薄膜主要由机械胶带法、气相沉积法和外延生长法等制备,其中气相沉积法可以制备大尺寸的石墨烯薄膜。因此,氧化还原法和气相沉积法(CVD)是大规模制备石墨烯粉体和薄膜的常见方法。

石墨烯粉体和石墨烯薄膜均可以应用于诸多领域:石墨烯粉体主要作为正负极材料的导电添加剂、作为超级电容的电极材料、作为添加剂掺杂在诸如防腐涂料、散热涂层、导电涂层等;石墨烯薄膜可以应用在导热膜上用于智能手机等设备的散热层、可以用来制作柔性显示屏、可穿戴设备等、也可以应用于传感器领域或者替代硅成为集成电路、超级计算机的基础材料。

石墨烯的应用主要可以分为早期、中期和远景三个的阶段,目前早期可预期的应用主要集中于锂电池添加剂、超级电容电极材料、散热材料、透明导电膜和金属基复合材料等领域,中期则强调工业化大规模制备石墨烯以及在下游的应用,远期则更加注重石墨烯的多功能、更高效、低成本趋势。目前,全球石墨烯产业应用正处于早期研究向中期应用转变的阶段。

由于石墨烯各方面优异的特性显示出巨大的应用潜力与商业化价值,我国政府先后发布政策投入人力物力,开展石墨烯的应用与研发。根据中国经济信息社发布最新发布,2016年我国石墨烯市场总体规模突破40亿元,已形成新能源领域应用、大健康领域应用、复合材料领域应用、节能环保领域应用、石墨烯原材料、石墨烯设备六大细分市场。预计2017年我国石墨烯有望实现低成本制备,石墨烯产业生态系统将进一步完善,预计2017年我国石墨烯市场总体规模有望突破100亿元。

我国对石墨烯领域的研究与开发较早地就给予了关注。2007-2012 年,中国国家自然科学基金委员会对石墨烯项目累计资助经费达到 3.30亿元,科技部和中国科学院对石墨烯的累计资助经费分别达到了 5915 万元和 4605万元。2012年以来我国累计出台10余项石墨烯相关政策。2015年,首个国家层面纲领性文件《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》提出,把石墨烯产业打造成先导产业,到2020年形成完善的石墨烯产业体系。十二五规划、十三五规划等一系列

得益于科研单位的技术进展,政府的政策支持,以及相关产业资金的大力投入,中国目前石墨烯的研发水平已在国际上处于相对领先地位。据中国石墨烯产业联盟统计,截止2016年,在全球主要优先权专利申请统计中,中国石墨烯专利占比达58%。2015年—2016年短短两年间,我国石墨烯相关研发成果呈现出爆发式增长。

进入2017年,我国更是在石墨烯领域不断突破。2017年4月,上海史墨希新材料科技有限公司作为研发中心,南通强生石墨烯科技有限公司作为生产基地,在石墨烯原料制备及复合纤维研发方面取得突破性成果;中科院和苏州格瑞丰纳米科技有限公司提出通过静态常压CVD技术和Cu(111)单晶叠层衬底技术实现快速批量制备高质量石墨烯,加速了石墨烯在柔性电子器件中的应用;东旭光电(000413)于2017年4月推出了“烯王”二代,此外,东旭光电所开发的“烯王”石墨烯基锂离子电池也已进行小批量应用的共享单车是享骑第四代共享电单车,可使电单车充电时长由4-6小时降低至20分钟内。

近期石墨烯更是利好不断:技术方面,麻省理工学院的科研人员制备出石墨烯膜,比现有材料透析速度快10倍;科研人员研发的3D打印石墨烯气凝胶材料被吉尼斯世界纪录公司宣布为世界上最轻的3D打印材料;三维石墨烯超材料研究方面取得重要进展,首次实现了常温常压条件下大尺度制备三维石墨烯材料的自然干燥技术;上海微系统与信息技术研究所研究发现,在绝缘体上制备石墨烯使用锗薄膜做催化剂,可制备出高质量的单层石墨烯材料,解决了使用其他金属催化剂引入金属沾污的问题;中科院宁波材料所研究团队已研制出基于石墨烯空气阴极的千瓦级铝空气电池发电系统,该技术初步验证了铝空气电池系统的发电供电能力,是新能源和新材料领域的一项重大突破。价格方面,石墨电极价格上涨,普通功率上调2000元-5000元/吨,高功率上调4000元-7000元/吨,涨幅在10%-20%。此外,由中关村(000931)石墨烯产业联盟、北京石墨烯研究院、中国国际石墨烯资源产业联盟主办的“石墨烯+智能”研讨会7月30日在京召开;

2017年世界石墨烯创新大会于7月6日在常州召开。近来市场石墨烯概念股票的强势上涨也受益于以上诸多有关石墨烯方面的多重利好。

石墨烯产业化方面,2013年华为、东旭光电等知名企业与清华大学等科研机构共同建立了“中国石墨烯产业技术创新战略联盟”(CGIA),以构建产学研一体化平台,共同推动石墨烯的产业化发展。宁波、常州、无锡、青岛、重庆五地设立石墨烯产业园区,集中发展石墨烯产业。此外,宁波墨西、重庆墨希等优秀石墨烯企业不断涌现。中国宝安(000009)(000009.SZ)、中泰化学(002092)(002092.SZ)上市公司相继布局石墨烯领域。新三板市场也不乏华高墨烯(835672.OC)、第六元素(831190.OC)、二维碳素(833608.OC)这样的石墨烯企业于近两年来陆续挂牌。

如今,在各方的共同推动下,我国石墨烯的发展逐渐进入快车道,石墨烯产业呈现出蓬勃发展的势头。目前,未来,石墨烯行业将出现如下发展趋势:消费应用场景逐渐清晰、统一的行业标准即将出台、石墨烯价格会进一步下降。总之,石墨烯作为新材料领域的新星极具潜力,未来的发展还有很大空间。建议投资者给予关注。

从全国各地石墨烯产业发展情况看,随着各地方政府对于石墨烯产业的推动,国内从事石墨烯或业务涉及石墨烯的企业如雨后春笋般涌现,目前已经形成了一些石墨烯产业聚集区域,基本形成以长三角、珠三角和山东省为聚合区,形成了多地分布式发展的石墨烯产业格局。其中尤为突出的就是长三角地区,长三角地区是我国石墨烯发展较早石墨烯产业链也较为完善的地区。2016 年长三角地区石墨烯相关企业数量超过 600 家, 形成了涵盖石墨烯研发、制备,以及新能源、复合材料、热管理等应用领域的产业链。 长三角地区知名石墨烯企业及研究机构包括常州第六元素、常州二维碳素、无锡格菲电 子、江南石墨烯研究院等。

在这些石墨烯产业代表公司中不乏多家上市公司和新三板挂牌企业。目前涉及石墨 烯概念的上市公司主要有 19 家,以化学制品、计算机通信电子设备和非金属矿物企业 为主。经过筛选,其中真正实际涉及石墨烯的主要为中国宝安(000009.SZ) 、宝泰隆 (601011.SH) 、东旭光电(000413.SZ)等 11 家企业。部分上市公司通过参股等方式 布局石墨烯产业,例如中国宝安(000009.SZ)控股新三板公司贝特瑞(835185.OC) 、 力合股份(000532.SZ)通过参股力合高科等间接新三板公司二维碳素(833608.OC) 、 华丽家族(600503.SH)第一大股东南江集团控股了宁波墨西科技有限公司、中泰化学 (002092.SZ)与新三板公司凯纳股份(836410.OC)达成战略合作协议等。

目前涉及石墨烯概念的新三板企业也有 19 家, 经过筛选主营业务为石墨烯的企业共 有 5 家, 分别是第六元素 (831190.OC) 、 二维碳素 (833608.OC) 、 东方碳素 (832175.OC) 、 凯纳股份(836410.OC)和华高墨烯(835672.OC) 。 第六元素(831190.OC)是石墨烯粉体领域国内最先进行规模化生产的企业,公司 采用氧化还原法制备石墨烯粉体材料,石墨烯粉体产品已实现规模化生产。2015 年, 公司通过重大资产重组的方式收购无锡格菲电子薄膜科技有限公司100%的股权。 自此, 第六元素成为了国内极少数规模化制备石墨烯粉体和薄膜的公司。 华高墨烯(835672.OC)自主研发了单层石墨烯粉体及分散液、石墨烯量子点、大 片单层石墨烯、石墨烯导电纸、氧化石墨烯气凝胶、氧化石墨烯水溶液、石墨烯功能复 合塑料、 球磨石墨烯粉末等 12 大系列高品质石墨烯产品, 更成功研发了世界上首条石墨 烯导静电轮胎等下游应用产品。华高墨烯最具特色的优势在于“海洋”与“军工”两大 领域的探索。公司目前正在申请军工资质,所开发的石墨烯防弹材料利用改性的石墨烯 粉体的增强效果, 拉伸强度可提升 25%, 抗冲击能力提高 40%, 且有效降低成。 此外, 公司还依靠其地处青岛的区位优势,开发石墨烯海水淡化材料。公司利用石墨烯过滤膜 技术进行海水淡化和污水处理方面的尝试,可降低成本和能耗,目前石墨烯海水淡化膜 项目已完成小试阶段。 二维碳素(833608.OC)是石墨烯薄膜制备和触控方面的专家,公司专业从事大面 积石墨烯透明导电薄膜制备, 以及石墨烯电容式触控模组研发生产; 公司拥有年产 20 万 平米石墨烯薄膜生产线,2015 年已实现 10 万平米薄膜量产和销售。 东方碳素(832175.OC)与苏州高通新材料科技有限公司进行石墨烯下游应用深度 研发合作。目前公司在生产石墨烯复合特种石墨新材料领域已经完成了多轮的实验,积 累了很多有效的实验和生产数据,掌握了石墨烯复合特碳材料制造的基础技术,获得了 一定的突破。 凯纳股份 (836410.OC) 的主营业务为石墨烯及相关应用产品的研収、 生产和销售。 公司采用独特的机械剥离工艺生产石墨烯产品,产品中的石墨烯晶栺结构完整、导电导 热性能优异, 广泛应用于导电塑胶、 导热塑胶、 导电涂料、 导热涂料以及锂电池等领域。

从研发实力来看,在目前石墨烯的研究发展状况下,先研究再应用,从实验室走向 生产线是当下企业应用石墨烯技术的常态。企业与高校或研究所之间的合作能够加强信 息交流,实现优势互补。 因此, 国内多家石墨烯相关企业已经与高校、 科研机构合作研究, 实现了产学研一体化。东旭光电( 东旭光电(000413.SZ) )是一家一直以来都着重于与国内外颇具 研发实力的公司以及高校、 科研机构合作研究, 进一步提升自身的研发实力的上市公司。 东旭光电接连与北理工、ICN2 等知名机构签署合作协议。公司与全球知名的石墨烯技术 研发和商业化应用研究机构 ICN2 签署了《战略框架协议》 ,致力于共同推动石墨烯技术 研发以及石墨烯技术在光电、生物传感器等多个领域技术成果的商业化转化。此次合作 被认为是其在国内连续布局石墨烯区域中心之后,向全球石墨烯顶级研发和应用平台看 齐,寻求海外合作、全球整合的开始;与北京理工大学签署了关于在石墨烯新材料领域 开展产学研合作的协议。双方共同组建技术研发团队,合作的研发任务与目标包括高性 能石墨烯透明导电薄膜的研制与产业化、高性能石墨烯散热薄膜的研制与产业化等。此 外,新三板公司第六元素与四川大学、江南石墨烯研究院、中国科学技术大学等多家科 研院所建立了长期稳定的应用技术研发合作关系。

从石墨烯产业链角度来看,石墨烯主要分为石墨供应商、石墨烯生产商和下游应用 企业。部企业统计涉及石墨烯粉体、薄膜的生产以及下游应用产品的研发。涉及石墨烯 的新三板企业主要为石墨烯生产商和下游应用产品研发企业。而石墨烯主要又可分为石 墨烯粉体和石墨烯薄膜两种形态。由于石墨烯粉体与石墨烯薄膜在原材料、制备方法与 下游应用各方面都各不相同,完全可以看做两种不同的材料。石墨烯粉体主要应用方向 为储能材料和防腐涂料方面,而石墨烯薄膜的应用方向主要分为柔性触控屏、压力传感 器、发热膜三种。下面我们就沿着石墨烯两种形态的应用方向对新三板中几家主要石墨 烯相关企业进行分析。

石墨烯自问世以来,就因为其强大的导电性能被看做革命性的 储能材料。石墨烯作为储能材料主要可分为超级电容和锂电池两个应用方向。超级电容方面:利用石墨烯高能量密度等特性制成应用于电动汽车领域,储能量大、充电快的石墨烯“超级电池” ,以及超级电容器。

锂电池方面:锂电池通过锂离子在正负两极之间的移动来进行工作,因此电池正极材料的导电性能则会密切关系到锂离子电池的能量密度和功率性能。石墨烯材料因具备优异的电子导电性,被应用于电池的正极材料中,不仅可以减少电池的界面电阻, 便于锂离子在电池的正负两极间传导, 还有助于减慢金属氧化物溶解相变的速度,从而保证锂电池的电极在电循环周期中保持结构。新三板公司贝特瑞( 贝特瑞(835185.OC) )成为了国内第一家将天然石墨烯深加工产品应用于锂离子电池的企业。

防腐涂料:涂料中添加石墨烯后,石墨烯能够形成稳定的导电网格,有效提高锌粉的利用率, 从实际效果来看, 添加约 5%的石墨烯粉, 可减少 50%锌粉的使用量。 同时,石墨烯涂层能在金属表而与活性介质之间形成物理阻隔层,对基底材料起到良好的防护作用。

近年石油化工、铁路交通、新能源、基础设施建设等更是蓬勃发展,为重防腐涂料提供了广阔的市场空间。根据《中国制造 2025 重点领域技术路线图》 ,2025 年,海洋工程用石墨烯基防腐涂料将达到十万吨级规模。

新三板石墨烯龙头企业 第六元素( (831190.OC) )是目前国内唯一进入风电重防腐涂料供应体系的石墨烯企业,公司采用石墨烯粉体结合常规防腐涂料体系研发出全新石墨烯防腐涂料, 主要用于风电塔筒防腐,该产品耐盐雾时间达 2500 小时以上,超出传统防腐涂料的性能 2 倍以上。2015 年公司在南通如东建设 5 万吨石墨烯防腐涂料生产基地, 将石墨烯防腐涂料投入大规模生产。

此外,新三板企业凯纳股份( 凯纳股份(836410.OC )也成功开发了涂料专用石墨烯等产品。 目前,石墨烯薄膜制备工艺已经相对成熟,石墨烯薄膜产品已批量生产。

国内外多家企业都在逐步往下游拓展,国内具备石墨烯薄膜生产能力的企业主要是二维碳素、第六元素、爱家科技等。

屏柔性触控屏:目前电子产品触摸屏导甴膜的主流材料是氧化铟锡(ITO)膜受制于其 导甴性、透光率、弯曲性等自身局限,越来越无法满足移动终端、可穿戴设备、智能家 居等的高端需求,业界也积极寻找替代材料。石墨烯薄膜材料被认为是下一代显示和触 控领域中理想的透明导甴材料。2016 年 4 月,重庆墨希科技更是推出了全球首款可以 弯曲的石墨烯柔性可弯曲智能手机,屏幕约 5.2 英寸,重 200 多克,可以弯曲成一个 圆环,像手表一样戴在手腕上,但是缺陷是使用的黑白显示屏幕,彩色屏幕预计将在 2018 年面世。二维碳素对于柔性触控屏也有所涉及。 压力传感器:石墨烯压力应变感应传感器具有超高灵敏性,根据不同的结构设计, 感应度可覆盖 10 毫克到 5 公斤的按压强度。未来压力触控技术成为智能手机及可穿戴 设备上的标配,这已成为业内公认的趋势。压力膜技术代表厂商是台湾利永环球和二维 碳素。

新三板公司二维碳素( 二维碳素(833608.OC) )是一家以石墨烯为元件的压力传感供应商, 公司把石墨烯压力感应传感器应用到压力触控领域, 共同推出 Z-Touch 压力触控解决方 案。这是全球首款应用石墨烯应变感应原理形成的 3D 触控解决方案,该方案不仅能够 完美的实现 3D 压力触控功能。未来,该技术或可能与苹果的 3D-Touch 争锋。 发热膜:由于石墨烯薄膜的优良特性,国内已经有不少厂商将其应用于加热服装和 红外理疗产品。

新三板公司 爱家科技 ( (838385.OC) ) 就推出石墨烯披肩采用剪毛绒面料, 内部在肩颈部位加入了石墨烯发热片,用户通过蓝牙连接手机 APP 后,可根据自身需要 进行自主调节温度,披肩只需要 5V 安全电压就可持续工作。石墨烯片在加热后,会发 出和人体波段相同的远红外线,可明显缓解肩部不适和颈椎疼痛等问题。

在石墨烯发热领域的应用除了石墨烯薄膜发热以外,新三板公司 圣泉集团 ( (830881.OC )还成功研制了石墨烯复合高强高模纤维,公司自 2014 年从植物秸秆中 得到生物质石墨烯,并以石墨烯为原材料创造性研发出了内暖纤维、内暖绒、内暖烯孔 新材料等三大系列上百个产品,系列产品兼具抗菌抑菌、低温远红外、改善微循环、祛 湿透气等显著性能,面世以来备受石墨烯行业高度关注。圣泉集团也是联讯新三板第七 期精选 50 投资组合的成分股之一。



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