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

繼石墨烯薄膜在華為Mate20X得到首次應(yīng)用之后，華為近期發(fā)布的國(guó)內(nèi)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)，三星和蘋果也加快石墨烯在終端上的應(yīng)用。

5G時(shí)代，手機(jī)向輕薄化、智能化和多功能化等方向發(fā)展，對(duì)手機(jī)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(yīng)用也在加速探索，一個(gè)千億級(jí)的市場(chǎng)浮現(xiàn)。

01

手機(jī)大佬搶用“超級(jí)材料”石墨烯

石墨烯作為一種新型二維納米材料，具有高導(dǎo)電性、高機(jī)械強(qiáng)度、柔性輕薄等特性，正在被手機(jī)巨頭探索應(yīng)用。

華為在手機(jī)上的石墨烯技術(shù)應(yīng)用，最早始于2018年， Mate20 X在手機(jī)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(jī)官方也公布小米 10 的散熱設(shè)計(jì)，號(hào)稱采用 “有點(diǎn)夸張”的立體散熱系統(tǒng)，使用石墨烯+大面積VC液冷板+超大多層石墨。小米10內(nèi)置了6層石墨作為立體散熱的補(bǔ)充，讓小米10的內(nèi)部溫度更加均勻。

除了中國(guó)廠商，三星也在發(fā)力。據(jù)報(bào)道，三星GalxayFold2將會(huì)采用石墨烯基電池，這種電池的正負(fù)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(tǒng)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(bào)道，三星將在兩年內(nèi)發(fā)布帶有石墨烯電池的智能手機(jī)。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利。相比傳統(tǒng)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(zhǔn)備把石墨烯電池應(yīng)用在手機(jī)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(shè)計(jì)，將會(huì)是屏幕石墨烯電池的首次應(yīng)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(fù)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(duì)石墨烯進(jìn)行研究，著力研發(fā)石墨烯光傳感器。據(jù)悉，石墨烯對(duì)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(fā)力，在石墨烯領(lǐng)域激烈競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)愈演愈烈。

02

5G手機(jī)石墨烯大有可為

石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性能最強(qiáng)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(wèi)生、醫(yī)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(nèi)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(jī)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(jī)的續(xù)航。當(dāng)前智能手機(jī)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(xiàn)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(tǒng)鋰電池上進(jìn)行升級(jí)改造，提升鋰電池的性能。二是依據(jù)石墨烯制造一個(gè)新體系的電池，從而實(shí)現(xiàn)顛覆性的性能，可以將其稱為“超級(jí)電池”。如果石墨烯+電池有重大突破，那將會(huì)給手機(jī)續(xù)航帶來(lái)重大變革。

另一方面也將解決5G手機(jī)的散熱問(wèn)題。散熱已成為決定智能手機(jī)以及其他智能終端性能的關(guān)鍵。目前智能手機(jī)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(dǎo)熱凝膠散熱以及導(dǎo)熱銅管散熱等。

石墨烯獨(dú)特的晶粒取向，使得其沿兩個(gè)方向均勻?qū)?，可有效防止電子產(chǎn)品局部過(guò)熱。同時(shí)有很高的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)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(dǎo)熱系數(shù)。因此可以替代傳統(tǒng)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(jī)，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(jī)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5G手機(jī)換機(jī)潮的到來(lái)，由于石墨烯具有極高的熱導(dǎo)率和熱輻射系數(shù)，有望迅速擴(kuò)大在電子設(shè)備散熱方案中的應(yīng)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(tǒng)的材料透光率更高，透光率高達(dá) 97.4%，屏幕顯示會(huì)更加清晰，而且石墨烯電阻率比傳統(tǒng)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(yīng)用在觸摸屏、電池、傳感器等多個(gè)領(lǐng)域，即將改變手機(jī)等數(shù)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(nèi)人士表示，華為的加碼尤為關(guān)鍵，將會(huì)在業(yè)內(nèi)掀起一場(chǎng)石墨烯材料和技術(shù)的新潮流。

03

亟待殺手锏應(yīng)用落地

我國(guó)對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)的重視與日俱增。截至2019年9月底，注冊(cè)的與石墨烯相關(guān)的單位數(shù)量達(dá)12228家。中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長(zhǎng)李義春博士透露，中國(guó)石墨烯行業(yè)正處于市場(chǎng)導(dǎo)入期，預(yù)計(jì)石墨烯產(chǎn)業(yè)2020年進(jìn)入快速成長(zhǎng)期，2021年市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)200億元，2025年有望達(dá)到1000億元。

不過(guò)，從石墨烯于2004被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)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(guī)模應(yīng)用，目前來(lái)看還存在不小的挑戰(zhàn)。

首先是成本問(wèn)題。

目前石墨烯的價(jià)格每克達(dá)到了上千元，就算每臺(tái)手機(jī)的石墨烯電池用不了多少石墨烯，但也不是一般手機(jī)可以承受的。有業(yè)內(nèi)人士坦言，現(xiàn)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(duì)于現(xiàn)在的廠商和用戶來(lái)說(shuō)，石墨烯成本和價(jià)格如果不降的話，石墨烯電池是空中樓閣。

其次，缺乏應(yīng)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(nèi)尚無(wú)大規(guī)模成功的應(yīng)用案例，國(guó)內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)處于初級(jí)發(fā)展階段，產(chǎn)品主要用于研究機(jī)構(gòu)的研究。市場(chǎng)開拓過(guò)程需要很長(zhǎng)一段時(shí)間，而應(yīng)用市場(chǎng)尚未完全打開，這使得石墨烯公司難以穩(wěn)定獲取利潤(rùn)，從而實(shí)現(xiàn)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(wěn)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(dá)到產(chǎn)業(yè)化的要求，更何況還需要下游的應(yīng)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(jī)有可能成為一個(gè)不錯(cuò)的應(yīng)用案例。成功的應(yīng)用案例對(duì)開拓石墨烯應(yīng)用市場(chǎng)意義重大。

從整個(gè)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)上看，石墨烯產(chǎn)業(yè)有很大的前景和增長(zhǎng)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。