微米和纳米科技材料

纳米材料迎来新的机遇!为什么它经常被重视?

随着时代的进步,生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防等领域的高速发展,对相关材料也提出新的需求,这其中,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小;航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。可以说,新材料的创新,以及在此基础上诱发的新技术、新产品的创新是未来几年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域。而在这其中,纳米材料将会是起到重要作用的关键材料之一。十四五规划当中,国家也深刻意识到了新材料的重要性,重点提及了纳米材料这一前沿材料。

那么,纳米材料究竟是什么呢?具体又在哪些行业有所发展呢?目前我国对于纳米材料的研究,已经到了哪一步了呢?

纳米材料是什么?

纳米材料是指在三维空间中有至少一维属于纳米尺寸范围内(1~100纳米)的材料,或以该尺寸范围内的物质为基本构成单元的材料。由于在纳米尺寸下,物质具有与宏观状态时所不同的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子限域效应等,因而纳米材料具有异于传统尺寸材料的光、电、磁、热、力学和机械等性能。同时,纳米材料根据不同尺寸和性质,在电子行业、生物医药、环保、光学等领域都有着巨大的潜能。

同时,根据材料三维尺寸中符合纳米尺寸范围的维数,可将纳米材料分为三类:

(1)三维尺寸均符合纳米尺寸标准的材料被称为零维纳米材料,常见形态为纳米颗粒,代表性材料包括铂纳米颗粒、金纳米颗粒等;

(2)三维尺寸中有两个维度符合纳米尺寸标准的,材料被称为一维纳米材料,常见形态为纳米管、纳米线或纳米纤维,代表材料包括碳纳米管、硅纳米线、碳纳米纤维等;

(3)三维尺寸中有一个维度符合纳米尺寸标准的材料被称为二维纳米材料,常见形态为纳米薄膜,代表性材料包括石墨烯、二硫化钼等。

中国纳米材料行业市场现状

现阶段,中国已实现商业化量产应用的纳米材料主要包括碳纳米管导电浆料(也称为导电液)、纳米钛酸钡粉体、纳米碳混悬液、石墨烯导热膜、量子点光转换膜等,分别应用于锂电池导电剂、陶瓷电容器制造、淋巴示踪、散热材料、显示产品等领域。

目前来说,纳米材料的应用市场主要分布在电子产品制造及医疗领域。未来随着相关技术的成熟,纳米材料市场将会由实验研究向产业化、规模化方向发展,在环境、能源、建筑等领域的应用也将进一步加深,具有广阔的发展前景。

中国纳米材料行业产业链

中国纳米材料行业的产业链由上至下依次可分为上游纳米材料生产商、中游纳米材料应用零部件生产商以及下游终端产品提供商。

中国纳米材料行业产业链上游的主要参与者为纳米材料生产商,按所产纳米材料的主元素可划分为碳纳米材料生产商及其他纳米材料生产商。 根据融象产业研究院数据显示,上游纳米材料生产商的成本结构较为稳定,前期在设备等固定成本方面的投入在总成本中的占比近 60%,原料、人工等生产相关的浮动成本在总成本中的占比为 30%左右。因此,上游厂商对中游纳米材料应用零部件生产商的议价能力较高。

中国纳米材料行业产业链中游的主要参与者是纳米材料应用零部件生产商。以碳纳米管导电剂市场为例,其中游厂商的参与者主要为购买上游导电剂产品进行动力电池、数码电池等锂电池产品生产的电池厂商。这部分电池产品将作为生产零部件继续输送至下游的新能源汽车、智能手机、智能穿戴设备、无人机等制造厂商。

中国纳米材料行业产业链下游的主要参与者为终端应用型产品提供商,主要包括消费类电子产品、通信通讯及计算机等电子产品的提供商。与中间纳米材料应用零部件生产商不同,终端产品提供商可通过代工生产等形式降低组装及制造业务在主营业务中的比重,并向消费者提供其他服务型业务以进行终端品牌的塑造与营销,是“微笑曲线”理论中具有高附加价。

总体来说,我国纳米产业已经形成规模,品种齐全,基本与国际接轨。不过,纳米材料在传统产业的应用上尚处于初级阶段,主要是利用纳米材料的功能特性升级传统产品,如功能纤维、服饰、涂料、油漆、塑料等。未来随着我国技术的进步,相信我国纳米材料行业,会有新的发展。

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