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新质料深度研究陈诉:液态金属、超导、稀土、合金质料

更新时间  2022-12-13 22:06 阅读
本文摘要:(温馨提示:文末有下载方式)陈诉综述:新质料按工业阶段划分成先进基础质料、关键战略质料、前沿新材 料三大种别。先进基础质料主要包罗钢铁、有色、石化、建材、轻 工、纺织等基础质料中的高端产物,关键战略质料主要包罗高端装 备用特种合金、高性能纤维及其复合质料、新型能源质料、稀土功 能质料、先进半导体质料、新型显示质料等高性能新质料,前沿新 质料包罗3D 打印质料、超导质料、智能仿生与超质料、石墨烯等。

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(温馨提示:文末有下载方式)陈诉综述:新质料按工业阶段划分成先进基础质料、关键战略质料、前沿新材 料三大种别。先进基础质料主要包罗钢铁、有色、石化、建材、轻 工、纺织等基础质料中的高端产物,关键战略质料主要包罗高端装 备用特种合金、高性能纤维及其复合质料、新型能源质料、稀土功 能质料、先进半导体质料、新型显示质料等高性能新质料,前沿新 质料包罗3D 打印质料、超导质料、智能仿生与超质料、石墨烯等。液态金属具有高强度、高硬度,极强的耐磨性和耐腐蚀性,很是好 的散热性、电磁屏蔽性以及自驱动性。

现在液态金属可用于散热器 和电子增材制造领域,但凭着其优越的性能,液态金属在未来另有 很是辽阔的应用空间。3D 打印用合金粉末可以分为铁基合金、钛及钛基合金、镍基合金、 钴铬合金、铝合金、铜合金等。由于3D 打印技术的市场前景十分 辽阔,打印用的质料合金粉末也相应拥有了更大的需求空间。

现在 我国高端3D 打印用合金粉末也开始从实验室走向了工业化阶段。超导质料具有零电阻和完全抗磁性的特点,应用领域有输电电缆、 超导发电机、超导磁体、超导限流器等。现在海内超导质料主要从 美国和日本入口,成本昂贵,超导行业生长必将发生对超导质料大 量的需求,因此,超导行业要生长壮大,超导质料必须国产化。

高温合金具有较高的高温强度、断裂韧性、抗氧化、抗热腐蚀和热 疲劳性能。主要应用于航空航天领域和能源领域。高温合金作为航 空发念头投入的重点质料,未来增速较为可观。

中恒久来看,核电、 工业、舰船等领域突破性需求也带来高端合金行业的需求。稀土按功效划分为稀土永磁质料、稀土催化质料、稀土储氢质料、稀土 发光质料、稀土超抛光质料五大类。差别种类稀土都有自己奇特的 性能和应用领域。

我国是稀土资源大国,资源拉动了我国稀土功效 质料的快速生长。我们认为新质料企业差别于互联网企业拥有未来庞大流量变现的 可能,P/S 的方法并不试用,此外P/B 的方法更适用于强周期的 重资产行业,EV/EBITDA 的估值方法适用于资本麋集型企业。

思量 到新质料行业属于发展型行业同时天花板较高,PEG 是一种合理的 方法,但新质料行 业的盈利增速并不稳定,盈利增速的 方差较大, 如果仅凭个体年份 的高增长就给予较高的估值,很可能在下一个年 份就遭遇戴维斯双杀,因此我们认为联合合理P/E 的PEG 方法更适 合 用 于 给新质料板块 举行估值。陈诉内容:1、 国家新质料工业政策梳理 1.1 新 材 料 的基本观点 新质料是指新泛起 的具有优异性能和特殊功效的质料 ,或是传统质料革新后性能 明 显 提 高 和 产 生 新 功 能 的 材 料。新 材 料 产 业 是 材 料 工 业 发 展 的 先 导,是 重 要 的 战 略性、基础性工业,在建设制造强 国、牢固国防军工中占 据重要职位。“一代新 质料造就一代新装备,一代新装备 需要一代新质料”,每 个工业强国的崛起,都 需要雄厚的质料工业作为坚强支柱。

新质料作为基础性和支柱性战略工业,是高新技术的先导。世界各国高度重视, 纷纷出台政策鼎力大举扶持工业生长。我国政府更是如此,《中国制造2025》将新材 料确定为十大重点领域之一,并在随后宣布的《<中国制造2025>重点领域技术 门路图(2015 版)》中,明确工业需求、目的、重点产物及关键技术,确立新材 料工业生长门路。

进入“十三五”后,为促进新质料 工业生长更上一层楼,相关政策频频加码。从 公布《“十三五”国家战略性新兴 工业生长计划》明确加 快新质料等战略新兴产 业生长,到建立国家新质料工业发 展向导小组;从公布《 新质料工业生长指南》 到为中国制造2025 增添百亿专项基金,不停在政策上为新质料工业提供支持。凭据《<中国制造2025>重点领域技术门路图》及《新质料工业生长指南》,新材 料工业总体分为先进基础质料、关键战略质料和前沿新质料三个重点偏向。

1.2 国 家 发 展新质料工业 的重要意义 新质料作为国民经 济的先导性工业和高端制造及国防工 业生长等的关键保障,是 各国战略竞争的焦 点。“一代质料、一代工业”,从质料的应用历程可以看出,每 一次生产力的生长都陪同着质料的进步。新质料的发现、发现和应用推广与技术 革命和工业厘革密不行分。

在全球新一轮科技和工业革命兴起的大配景下,西欧 韩日俄等全球20 多个主要国家纷纷制定了与新质料有关的工业生长战略,启动 了100 多项专项计划,鼎力大举促进本国新质料工业的生长。我国新质料工业起 步晚、根本薄、总体生长慢,仍处于培育生长阶段。新质料产 业生长的滞后,已成为制约制造强国建设的重要瓶颈。

在国民经济需求的百余种 关键质料中,现在约有1/3 海内完全空缺,约有一半性能稳定性较差,部门产物 受到外洋严密控制。当前,我国正处在经济转型和结构提升的关键期,加速生长 新质料,对推动技术创新,支撑工业升级,建设制造强国具有重要战略意义。1.3 国 家 新 质料工业政策 梳理1.3.1 国 家 新 质料工业政策 脉络 1.3.2 重 点 新 质料相关政策 文件摘要 (1)《中国制造2025》 《中国制造2025》,是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲要。新 材 料 是 十 个 重 点 建 设 领 域 之 一。

以 特 种 金 属 功 能 材 料 、高 性 能 结 构 材 料 、功 能 性高分子质料、特种无机非金属质料和先进复合质料为生长重点,加速研发先进 熔炼、凝固成型、气相沉积、型材加工、高效合成等新质料制备关键技术和装备, 增强基础研究和体系建设,突破工业化制备瓶颈。努力生长军民共用特种新质料, 加速技术双向转移转化,促进新质料工业军民融合生长。高度关注颠覆性新质料 对传统质料的影响,做好超导质料、纳米质料、石墨烯、生物基质料等战略前沿 质料提前结构和研制。加速基础质料升级换代。

(2)《有色金属工业生长计划(2016-2020 年)》 以增强供应侧结构性革新和扩大市场需求为主线,以质量和效益为焦点,以技术 创新为驱动力,以高端质料、绿色生长、两化融合、资源保障、国际互助等为重 点,加速工业转型升级,拓展行业生长新空间,到2020 年底我国有色金属工业 迈入世界强国行列。(3)《稀土行业生长计划(2016-2020 年)》 以创新驱动为导向,连续推进供应侧结构性革新,增强稀土战略资源掩护,规范 稀土资源开采生产秩序,有效化解冶炼分散和低端应用过剩产能,提升智能制造 水平,扩大稀土高端应用,提高行业生长质量和效益,充实发挥稀土战略价值和 支撑作用。(4)《“十三五”国家战略性新兴工业生长计划》提高新 质料基础支撑能力。

顺应新质料高性能化、多功效化、绿色化生长趋势, 推动特色资源新质料可连续生长,增强前沿质料结构,以战略性新兴工业和重大 工程建设需求为导向,优化新质料工业化及应用情况,增强新质料尺度体系建设, 提高新质料应用水平,推进新质料融入高端制造供应链。到2020 年,力争使若 干新质料品种进入全球供应链,重大关键质料自给率到达70%以上,开端实现我 国从质料大国向质料强国的战略性转变。

推动新质料工业提 质增效。面向航空航天、轨道交通、电力电子、新能源汽车等 工业生长需求,扩大高强轻合金、高性能纤维、特种合金、先进无机非金属质料、 高品质特殊钢、新型显示质料、动力电池质料、绿色印刷质料等规模化应用规模,逐步进入全球高端制造业采购体系。以 应 用 为 牵 引 构 建 新 材 料 标 准 体 系。

围 绕 新 一 代 信 息 技 术 、高 端 装 备 制 造 、节 能 环保等工业需求,增强新质料产物尺度与下游行业设计规范的衔接配套,加速制 定重点新质料尺度,推动修订老旧尺度,强化现有尺度推广应用,增强前沿新材 料尺度预先研究,提前结构一批焦点尺度。加速新质料尺度体系国际化历程,推 动海内尺度向国际尺度转化。

促进特色资源新材 料可连续生长。推动稀土、钨钼、钒钛、锂、石墨等特色资源 高质化使用,增强专用工艺和技术研发,推进共伴生矿资源平衡使用,支持建设 专业化的特色资源新质料接纳使用基地、矿物功效质料制造基地。在特色资源新 质料开采、冶炼分散、深加工各环节,推广应用智能化、绿色化生产设备与工艺。生长海洋生物泉源的医学组织工程质料、生物情况质料等新质料。

前 瞻 布 局 前 沿 新 材 料 研 发。突 破 石 墨 烯 产 业 化 应 用 技 术 ,拓 展 纳 米 材 料 在 光 电 子 、 新能源、生物医药等领域应用规模,开发智能质料、仿生质料、超质料、低成本 增材制造质料和新型超导质料,加大空天、深海、深地等极端情况所需质料研发 力度,形成一批具有广泛动员性的创新结果。(5)《新质料工业生长指南》 《指南》提出,“十三五”要深入 推进供应侧结构性革新 ,坚持需求牵引和战略 导向,推进质料先行、产用联合,以满足传统工业转型升级、战略性新兴工业发 展和重大技术装备急需为主攻偏向,着力构建以企业为主体、以高校和科研机构 为支撑、军民深度融合、产学研用协同促进的新质料工业体系,着力突破一批新 质料品种、关键工艺技术与专用装备,不停提升新质料工业国际竞争力。

《指南》 从突破重点应用领域急需的新质料、结构一批前沿新质料、强化新质料工业协同 创新体系建设、加速重点新质料初 期市场培育、突破关键 工艺与专用装备制约、 完善新质料工业尺度体系、实施“ 互联网+”新质料行动 、培育优势企业与人才 团队、促进新质料工业特色集聚发 展等九个方面提出了重 点任务。《指南》作为“十三五”时期指导新质料工业生长的专项指南,将引导新质料工业康健有序发 展。(6)《“十三五”质料领域科技创新专项计划》 依据国际生长趋势、海内基础和面临的挑战,精密联合经济社会生长和国防建设的重大需求,重 点 凝 练七个任务 偏向。

一是重点基础质料技术提升与工业升级,着力解决基础质料产物同质化、低值化, 情况负荷重、能源效率低、资源瓶颈制约等重大共性问题,突破基础质料的设计 开发、制造流程、工艺优化及智能化绿色化革新等关键技术和国产化妆备,开展 先进生产示范。二是战略性先进电子质料,以第三代半导体质料与半导体照明、新型显示为焦点, 以大功率激光质料与器件、高端光电子与微电子质料为重点,推动跨界技术整合, 抢占先进电子质料技术的制高点。三是质料基因工程关键技术与支撑平台,构建高通量盘算、高通量实验和专用数 据库三大平台,研发多条理跨尺度 设计、高通量制备、高 通量表征与服役评价、 质料大数据四大关键技术,实现新质料研发周期缩短一半、研发成本降低一半的 目的。

四是纳米质料与器件,研发新型纳米功效质料、纳米光电器件及集成系统、纳米 生物医用质料、纳米药物、纳米能源质料与器件、纳米情况质料、纳米宁静与检 测技术等,突破纳米质料宏量制备及器件加工的关键技术与尺度,增强示范应用。五是先进结构与复合质料,以高性能纤维及复合质料、高温合金为焦点,以轻质 高强质料、金属基和陶瓷基复合质料、质料外貌工程、3D 打印质料为重点,解 决质料设计与结构调控的重大科学问题,突破结构与复合质料制备及应用的关键 共性技术,提升先进结构质料的保障能力和国际竞争力。六是新型功效与智能质料,以稀土功效质料、先进能源质料、高性能膜质料、功 能陶瓷等战略新质料为重点,鼎力大举提升功效质料在重大工程中的保障能力;以超导质料、智能/仿生/超质料、极端情况质料等前沿新质料为突破口,抢占质料前 沿制高点。

七是质料人才队伍建设,通过机制与制度创新,增强质料领域人才队伍建设,形 成质料领域焦点领武士才、研究开发人才、工程技术人才和技术人才组成的质料 人才体系及其评价机制,提升创新创业人才队伍的整体素质和水平,满足质料领 域生长的需求。(7)《新质料尺度领航行动计划(2018-2020 年)》 计划的目的为:到2020 年,完成制修订600 项新质料尺度,构建完善新质料产 业尺度体系,重点制定100 项“领航”尺度,规范和引领新质料工业康健生长; 新质料标供应结构获得优化,基于自主创新技术制定的团体尺度、企业尺度显著 增多;建设3-5 个新质料领域国家技术尺度创新基地,形成科研、尺度、工业 同步推进的新机制新模式;建设一批新质料工业尺度化试点示范企业和园区,促 进新质料尺度有效实施和广泛应用;提出30 项新质料国际尺度提案,助力新材 料品种进入全球高端供应链。1.3.3 不 同 地 区新质料工业 政策结构解读:略……1.3.4 国 家 新 质料总体政策 导向小结 通过梳理和分析国家新质料工业相关的政策脉络及相关焦点文件精神,我们可以 看出,国家生长新质料工业的焦点目的是:提升新质料的基础支撑能力,实现我 国从质料大国到质料强国的转变。

详细而言,我国生长新质料工业有四个方面的焦点任务要求:一是聚焦国家重大 战略亟需和工业生长瓶颈,提升关键战略质料的保障能力;二是推动生产历程的 智能化和绿色化革新,提高先进基础质料国际竞争力;三是加速结构前沿新质料, 抢占全球新质料工业未来生长的制高点;四是推动稀土、钨钼、钒钛、锂、石墨 等特色资源新质料可连续生长。其中,前三个任务要求是围绕关键战略质料、先 进基础质料和前沿新质料三大偏向展开,第四个焦点任务要求则是联合我国在新 质料领域的特色资源优势,提出的有针对性的生长要求。

2、 新质料的分类与概况 随着科学技术的发 展,人们在传统质料的基础上,凭据现代科技的研究结果,开 发出新质料。新质料按工业阶段划分成先进基础质料、关键战略质料、前沿新材 料三大种别。新质料作为国民经 济先导工业和高端制造及国防工业的 重要保障,未来将成为各 国战略竞争的焦点。

当前在新一轮科技革命和工业厘革局势下,全球新质料工业 格式发生重大调整。新质料与信息 、能源、生物等高技术 加速融合,互联网+、 质料基因组计划、增材制造等新技术新模式蓬勃兴起,新质料创新程序连续加速, 国际竞争日趋猛烈。在此大配景下,西欧日俄韩等全球20 多个主要国家纷纷制定了与新质料相关的 工业生长战略,启动了100 多项专项计划,鼎力大举促进本国新质料工业生长。

相对 而言,我国新质料工业起步晚、根本薄,质料先行战略没有获得落实,焦点技术 与专用装备水平相对落伍,关键质料保障能力不足,整体仍处于培育生长阶 段。2.1 先进基础质料 (一)先进钢铁质料:钢铁是铁与碳、硅 、锰、磷、硫以及少量的其他元素所组 成的合金。其中铁外,碳的含量对钢铁的机械性能起着主要作用,故统称为铁碳 合金。

它是工程技术中最重要、也是最主要的,用量最大的金属质料。先进钢铁 质料的寄义是在情况性、经济性、资源性的约束下,接纳先进制造技术生产具有 高清洁度、高匀称度、超细晶粒特征的钢材,强度和韧度比传统钢材有很大提高, 钢材使用寿命增加满足21 世纪国家经济和社会生长的需要。(二)先进有色金属质料:有色金 属狭义的有色金属又称 非铁金属,是铁、锰、 铬以外的所有金属的统称。

广义的有色金属还包罗有色合金。有色金属质料是经 济社会生长的基础性质料,是国防军工和新科技革命的战略性质料,人类社会对 有色金属的需求有着很大空间。有色金属工业是制造业的重要基础工业之一,是 实现制造强国的重要支撑。进入新世纪以来,我国有色金属工业生长迅速,基本满足了经济社会生长和国防 科技工业建设的需要。

但与世界强 国相比,在技术创新、 工业结构、质量效益、 绿色生长、资源保障等方面仍有一 定差距。坚持绿色生长 理念。严格准入条件, 优化工业结构,严格控制资源、能源、情况容量不具备条件地域的冶炼产能。

大 力推广宁静高效、能耗物耗低、环保达标、资源综合使用效果好的先进生产工艺, 强化从源头防控金属污染。由高耗能向绿色、低碳转变。(三)先进化工质料:化工新质料是新质料工业的一个重要分支,是基础化学工 业最具活力和生长潜力的领域。

发 展化工新质料工业在突 破海内资源“瓶颈”, 情况掩护、调整工业结构,保持石油和化学工业平稳、较快和可连续生长方面“大 有可为”。坚持以宁静环保、集约生长为重点,升级和调整传统化工,加速培育化工新质料 及其基础原料,牢固生长高性能聚烯烃、高端工程塑料、特种合成橡胶等先进高 分子质料;提高化工新质料整体自 给率,加速精致化工的 绿色工艺和产物开发, 重点突破高端外貌活性剂、微电子行业的各种化学用剂等特种功效化学品。(四)先进无机非金属质料:无机 非金属质料是以某些元 素的氧化物、碳化物、 氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成 的质料。

是除有机高分子质料和金属质料以外的所有质料的统称。无机非金属质料的提法是20 世纪40 年月以后,随着现代科学技术的生长从传统 的硅酸盐质料演变而来的。无机非金属质料是与有机高分子质料和金属质料并列 的三大质料之一。

新型无机非金属质料是20 世纪中期以后生长起来的,具有特殊 性能和用途的质料。它们是现代新技术、新工业、传统工业技术革新、现代国防 和生物医学所不行缺少的物质基础。(五)其他质料: (1)稀有金属:稀有金属涂层质料、高纯铟。(2)高性能靶材:努力生长高纯 稀有金属及靶材、原子 能级锆材、高端钨钼材 料及制品等,加速推进高纯硅质料、新型半导体质料、磁敏质料、高性能膜质料 等工业化。

(3)其他:包罗钛合金加工用超 细硬质合金高端棒材、 新型硬质合金质料、反 应堆中子吸收体质料、热缩型耐温耐磨质料、高性能极细径纳米晶微钻棒材、核 电燃料元件用镍基合金质料、高纯氧化铝生产用固体铝酸钠。2.2 关键战略质料 (一)高性能纤维及复合质料:高性能纤维是国家战略性新兴工业的重要组成部 分,是生长国防军工重要的基础原质料。《中国制造 2025》明确提出,新质料产 业是需要突破生长的十大重点领域之一。

工信部公布的《重点新质料首批次应用 示范指导目录(2017 版)》中,也将碳纤维、玄武岩纤维、一连碳化硅纤维列为“关键战略质料”。我国高性能纤维复合质料行业面临一个新的大生长时期,如都会化历程中大规模 的市政建设、新能源的使用和大规模开发、情况掩护政策的出台、汽车工业的发 展、大规模的铁路建设、大飞机项目等。在庞大的市场需求牵引下,高性能纤维 复合质料工业的生长将有很辽阔的生长空间。

(二)稀土功效质料:推动国产高端产物在先进装备制造、新能源汽车、节能环 保、高性能医疗设备等领域的应用。生长重点:扩大高性能粘结稀土永磁质料产 量,提高烧结型稀土永磁质料、稀土催化质料、稀土发光质料和稀土激光质料性 能。

重点生长工业脱硝、灵活车尾气净化等用稀土催化质料,多领域用高性能稀 土永磁质料、高光效稀土发光质料和高功率、大尺寸掺钕激光玻璃、特种光纤激 光器等产物。(三)先进半导体质料和新型显示质料:先进半导体质料的生长目的是形成第三 代半导体质料构建衬底、外延、器件及应用的完整工业链,着力开发衬底及外延、 芯片及封装、系统集成及可靠性评价等关键技术,鼎力大举推进功率器件、射频器件 与光电器件工业化,推动4G 通信及下一代互联网技术生长。新型显示质料的生长目的是实现产 能使用率保持合理水平 ,产物结构不停优化, 行业资源情况效率显著提高。生长重点:印刷显示方面,重点生长小分子OLED 和高分子OLED;柔性显示方面,重点生长关键发光质料,注入层、传输层等有 机物。

全面掌握有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)技术 ,在全息、激光、柔性 等显示技术以及新型显示质料领域取得部门技术突破。(四)新型能源质料:新能源是降低碳排放、优化能源结构、实现可连续生长的 重要途径,新能源质料是引导和支撑新能源生长的重要基础,对新能源的生长发 挥了重要作用。一些新能源质料的发现催生了新能源系统的降生,一些新能源材 料的应用提高了系能源系统的效率,新能源质料的使用也直接影响着新能源系统 的投资与运行成本。

新能源质料主 要包罗硅碳负极质料、 新能源复合金属质料、 锂离子电池电解液、锂离子电池电解液等。2.3 前沿新质料 (一)石墨烯:石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的 二维碳纳米质料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在质料学、微纳加 工、能源、生物医学和药物通报等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来 革命性的质料。

石墨烯的详细应用 分类为:石墨烯改性防 腐涂料、石墨烯薄膜、 石墨烯润滑油、石墨烯导静电轮胎、石墨烯增强银基电接触功效复合质料、石墨 烯导电发烧纤维及石墨烯发烧织物。(二)液态金属及其电子浆料:液态金属是在常温下呈液态的一大类多金属合金 质料,拥有极佳的流动性和物化稳定性,易于成型,是逾越铜、银、铝等传统材 料的颠覆性新质料,是人类开发使用金属质料的第二次革命。液态金属具有许多 奇特的性能,如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性 、高的强度、硬度和韧性等。

由于 它的性能优异、工艺简朴,从80 年月开始成为海内外质料科学界的研究开发重 点。(三)3D 打印用合金粉末:用于3D 打印的质料,3D 打印金属质料可以分为铁 基合金、钛及钛基合金、镍基合金、钴铬合金、铝合金、铜合金等。

(四)超导质料:超导质料具有零电阻、抗磁性以及宏观量子效应等特殊物理性 质,应用领域很是广泛。在电工学领域,超导质料的主要应用领域包罗超导电缆、 超导限流器、超导磁悬浮、医疗核磁共振成像、超导储能以及超导电机等。现在 各国研究人员研发和生产的重点是YBCO 超导质料(也可称为第二代高温超导材 料),并认为其是未来超导质料生长的主要偏向。

3、 重点质料解读 3.1 石墨烯 是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米质料。石墨 烯具有优异的光学、电学、力学特性,在质料学 、微纳加工、能源、生物医学和 药物通报等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的质料。3.1.1 石 墨 烯 的特点与性质 (1)导电性 石墨烯稳定的晶格 结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移 动时,不会因晶格缺陷或引入外来 原子而发生散射。

由于 原子间作用力十分强, 在常温下,纵然周围碳原子发生挤撞,石墨烯中电子受到的滋扰也很是小。(2)热性能 石墨烯具有很是好的热传导性能。

纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK,是现在为止导热系数最 高的碳质料,高于单 壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。当它作为载体时,导热系数也可达600W/mK。

此 外,石墨烯的弹道热导率可以使单元圆周和长度的碳纳米管的弹道热导率的下限 下移。(3)光学特性 石墨烯具有很是良好的光学特性,在较宽波长规模内吸收率约为2.3%,看上去 险些是透明的。在几层石墨烯厚度规模内,厚度每增加一层,吸收率增加2.3%。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性,且其光学特性随石墨烯厚度的改 变而发生变化。

这是单层石墨烯所具有的不寻常低能电子结构。室温下对双栅极 双层石墨烯场效应晶体管施加电压,石墨烯的带隙可在0~0.25eV 间调整。施加 磁场,石墨烯纳米带的光学响应可调谐至太赫兹规模。(4)饱和吸收 当输入的光波强度 凌驾阈值时,这奇特的吸收 性质会开始变得饱和。

这种非线性 光学行为称为可饱和吸收,阈值称为饱和流通性。给予强烈的可见光或近红外线 引发,因为石墨烯的整体光波吸收和零能隙性质,石墨烯很容易就变得饱和。

石 墨烯可以用于光纤激光器的锁模运作。用石墨烯制备成的可饱和吸收器能够告竣 全频带锁模。由于这特殊性质,在超快光子学里,石墨烯有很广泛的应用空 间。(5)自旋传输 科学家认为石墨烯会是理想的自旋电子学质料,因为其自旋-轨道作用很小,而 且碳元素险些没有核磁矩。

使用非局域磁阻效应,可以丈量出,在室温状况,自 旋注入于石墨烯薄膜的可靠性很高,而且观察到自旋相干长度凌驾1 微米。使用 电闸,可以控制自旋电流的极性。(6)电子的相互作用 石墨烯中电子间以 及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈 的相互作用。

科学家借助 了美国劳伦斯伯克利国家实验室的“先进光源(ALS)”电子同步加速器。这个加 速器发生的光辐射亮度相当于医学上X 射线强度的1 亿倍。

科学家使用这一强光 源观察发现,石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强烈,而且电子和电 子之间也有很强的相互作用。3.1.2 石 墨 烯 的优点 (1)强度很是高 石墨烯是已知强度最高的质料之一,同时还具有很好的韧性,且可以弯曲,石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa,固有的拉伸强度为130GPa。而使用氢等离子改性 的还原石墨烯也具有很是好的强度,平均模量可大0.25TPa。

由石墨烯薄片组成 的石墨纸拥有许多的孔,因而石墨纸显得很脆,然而,经氧化获得功效化石墨烯, 再由功效化石墨烯做成石墨纸则会异常结实强韧。(2) 如橡胶般具有延展性 石墨烯具有一定的延展性,能够伸展20%。

也就是说,石墨烯实际上是一种柔性 材质,与橡胶类似。三星公司一直 在研究石墨烯晶体管, 从而生产出柔性屏幕。

另外,石墨烯也有一定的耐水性,有望应用在新一代的防水设备上。(3)轻特性 石墨烯精彩的延展性,还能够让其十分轻,足够拉伸到到透明的水平。这就意味 着,如果手机厂商可以使用这种材质,不仅能够让手机更耐用、防水,还可以变 得更轻。

(4)很是长的电池寿命 石墨烯极有可能在未来取代锂电池,成为新一代的电池尺度。美国西北大学的研 究人员已经乐成研发出石墨烯和硅材质的电池,充电15 分钟可以实现约一周的 续航能力。(5)与人类的身体互联 石墨烯具有与生物互联的特点,这对康健检测类可穿着设备具有很是努力的影响。

使用石墨烯作为传感器,将可以监测和扫描人类的神经系统,未来有可能会泛起“精神康健”类的监测设备及应用。3.1.3 石 墨 烯 的应用领域 (1)传感器 石墨烯奇特的二维结构使它对周围的情况很是敏感,具有外貌吸附性、庞大的表 面积等特性,可以制做电化学传感器、气体传感器、生物传感器等。与传统的传 感器相比具有体积小,外貌积大,敏捷度高,响应速度快,石墨烯在传感器领域 应用具有辽阔的前景。石墨烯因其奇特的二维结构在传感 器中有广泛的应用,具 有体积小、外貌积大、 敏捷度高、响应时间快、电子通报快、易于牢固卵白质并保持其活性等特点,能 提升传感器的各项性能。

主要用于气体、生物小分子、酶和DNA 电化学传感器 的制作。新加坡南洋理工大学开发出了敏感度是普通传感器1000 倍的石墨烯光 传感器;美国伦斯勒理工学院研制 出性能远超现有商用气 体传感器的廉价石墨烯 海绵传感器。(2)新能源电池新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。

美国麻省理工学院已石墨烯基 超级电容 器结构与 差别电 压下的 石墨烯 理论能 量密度石 墨烯基 超级电 容器结构 与差别电 压下的石 墨烯理 论能量 密度成 功研制 出外貌附 有石墨 烯纳米 涂层的柔 性光伏电池板,可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本,这种电池有可能 在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外,石墨烯超级电池的乐成研发,也 解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题,极大加速了新能源电 池工业的生长。

这一系列的研究结果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道 路。石墨烯在锂离子电池中的应用比力多元化,现在已经实现商业化的是用在正极材 料中作为导电添加剂,来改善电极 质料的导电性能,提高 倍率性能和循环寿命。

现在比力成熟的应用是将石墨烯制成导电浆料用于包覆磷酸铁铿等正级质料。正 极用包覆浆料现在主要包罗石墨浆料、碳纳米管浆料等,随着石墨烯粉体、石墨 烯微片粉体量产、成本连续降低的 情况下,石墨烯浆料将 出现更好的包覆性能。石墨烯浆料将随锂电池增长而稳步上升。锂离子电池主要应用于手机、条记本电 脑、摄像机等便携式电子器件等方面,并努力地向电动力汽车等新能源汽车领域 扩展,具有恒久生长前景。

(3)晶体管 石墨烯可以用来制作晶体管,由于石墨烯结构的高度稳定性,这种晶体管在靠近 单个原子 的尺度上 依然能 稳定地 事情。相比之 下,现在 以硅为 质料的 晶体管在10 纳米左右的尺度上就会失去稳定性。石墨烯结构的高度稳定性可以用来制作 晶体管,这种晶体管在靠近单个原子的尺度上依然能稳定地事情。

电子在石墨烯 中的传输速度比硅快100 倍,使得由它制成的晶体管可以到达极高的事情频率, 石墨烯晶体管的事情频率可凌驾100GHz。(4)柔性显示屏 消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目,成为未来移动设备显示屏的生长趋势。柔性 显示未来市场辽阔,作为基础质料的石墨烯前景也被看好。韩国研究人员首次制 造出了由多层石墨烯和玻璃纤维聚酯片基底组成的柔性透显着示屏。

韩国三星公 司和成均馆大学的研究人员在一个63 厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上,制 造出了一块电视机巨细的纯石墨烯。他们表现,这是迄今为止“块头”最大的石 墨烯块。

随后,他们用该石墨烯块制造出了一块柔性触摸屏。研究人员表现,从 理论上来讲,人们可以卷起智能手机,然后像铅笔一样将其别在耳后。

石墨烯是 一种很是好的质料,它有许多很好的优点,好比说,它的透光率比传统质料的透 光率更高,所以石墨烯显示屏的显示越发清晰,另外,石墨烯的电阻率比传统材 料电阻率更低,所以石墨烯显示屏触控起来越发敏捷。(5)防腐涂料石墨烯作为关键质料在涂层中能起到物理阻遏作用,阻碍海水、腐蚀性离子等向 金属基材渗透,形成大面积掩护层,与树脂精密联合在很大水平上提高涂层的机 械性能,其特殊的物理结构与外貌特性可以大大提升涂料的防腐性能。

石墨烯作 为一种纳米结构的二维不透膜,通过“迷宫式”的物理屏障作用能够有效地在环 境介质和基体之间架起屏障,从而延缓了金属基体的腐蚀,极大地提高了金属的 耐腐蚀能力,显示了石墨烯复合防腐涂料在腐蚀防护领域的辽阔前景。另外,经 导电高分子改性的石墨烯,可以有效制止石墨烯因恒久浸泡发生电化学反映而加 速金属腐蚀的现象。

3.1.4 石 墨 烯 的市场空间 石墨烯的研究与应用开发连续升温,石墨和石墨烯有关的质料广泛应用在电池电 极质料、半导体器件、透显着示屏、传感器 、电容器、晶体管等方面。鉴于石墨 烯质料优异的性能及其潜在的应用价值,在化学、质料、物理 、生物、情况、能 源等众多学科领域已取得了一系列重要希望。研究者们致力于在差别领域实验不 同方法以求制备高质量、大面积石墨烯质料。并通过对石墨烯制备工艺的不停优 化和革新,降低石墨烯制备成本使其优异的质料性能获得更广泛的应用,并逐步 走向工业化。

石墨烯有望在诸多应用领域中成为新一代器件,为了探寻石墨烯更辽阔的应用领 域,还需继续寻求更为优异的石墨烯制备工艺,使其获得更好的应用。石墨烯虽 然从合成和证实存在到今天只有短短十几年的时间,可是已成为今年学者研究的 热点。其优异的光学、电学、力学 、热学性质促使研究人 员不停对其深入研究, 随着石墨烯的制备方法不停被开发,石墨烯必将在不久的未来被更广泛的应用到 各领域中。

3.1.5 石 墨 烯 的工业阶段 处于工业初创期 ,具有重大工业化前景。石墨烯工业化还处于初创期,一些应用 还不足以体现出石墨烯的多种“理想”性能,而世界上许多科研人员正在探索“杀 手锏级”的应用,未来在检测及认证方面需要面临太多挑战,有待在手段及方法 上不停创新。虽然石墨烯的理论性能优异,功效应用规模很广。可是现在石墨烯 工业要实现或靠近其理论应用,另有很是大的距离。

3.1.6 石 墨 烯 的主要上市企 业情况 以石墨烯的生产和销售为主营业务的上市企业有四家,划分为第六元素、二维碳 素、凯纳股份、华高墨稀。3.1.7 石 墨 烯 的生长制约因 素 (1)海内石墨烯企业还未找到盈利模式 从企业盈利情况来看,现在海内石墨烯生产企业的总体盈利能力很弱。一些宣 称具备百吨年产能的生产企业, 企业产值和盈利能力远远没有预期的高,多数 企业处于亏损状态。

从2017 上半年的营收情况来看,4 家企业规模均不大。营 业收入最多的第六元素也仅有1175 余万元,最小的华高墨烯2017 上半年营业收 入仅有44 余万元。由于主营的石墨烯产物均未实现规模化生产和销售,4 家公 司业绩全部处于亏损状态。(2) 上下游联合待突破,石墨烯时代还未到来 现在,石墨烯工业最大的瓶颈在于没有形成完整的、成熟的工业链上下游,石墨 烯研发制备企业和下游应用企业脱节。

现在石墨烯仍处于工业化初期,善未完全 实现石墨烯的规模化应用,对石墨烯产物最大的需求市场仍然是科研院校和少量 生产厂商。由于下游应用需求未起,大部门石墨烯企业现在仍无法找到稳定的商 业模式和盈利模式。

(3) 高端应用技术有待突破 石墨烯最具前景、高附加值的应用领域主要集中在电子信息、动力电池、医疗健 康等新兴工业,但上述领域应用多处于技术攻关和储蓄期,离工业化仍有较长距 离。在集成电路、光电器件、传感 器、信息存储等领域的 石墨烯应用研究偏弱, 技术储蓄、基础配套不足,取得工业突破尚需时日。(4) 传统工业应用效果不突出 现在石墨烯应用主要是以“添加剂”形式对涂料、改性纤维、热治理器件等传统 产物的性能举行革新,而现阶段石墨烯对这些传统质料的性能并没有“质”的提 升,如“石墨烯”涂料防腐性能以及润滑剂的润滑效果没有大数量级的提高。

石 墨烯在强度、光学、电学等方面的超优异性能并未在产物中体现,“杀手锏”级、 颠覆性的石墨烯应用技术和产物尚未泛起。(5) 尺度缺失导致观点混淆 现在国家层面石墨烯质料尺度尚未出台,部份企业与地方政府将石墨与石墨烯的 观点混为一谈,学术界与企业界对石墨烯层数的尺度判断也存在争议。如一些企 业宣称实现石墨烯量产,但多是晶格缺陷高、多层堆叠的类石墨烯产物,井非真 正单层石墨烯;一些企业将"类石 墨烯”产物甚至是纯石 墨产物宣传为石墨烯产 品,混淆市场。

3.2 液态金属 液态金属是指一种不定型金属,液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成 的混淆物。液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属。3.2.1 液 态 金 属的特点与性 质 (1)高强度、高硬度。

液态金属的强度是铝、镁合金的10 倍以上,不锈钢、钛 合金的1.5 倍以上。在轻合金中,液态金属的比强度也是最高的。(2)极强的耐磨性和耐腐蚀性。

(3)液态金属在散热性、电磁屏 蔽性方面均在轻合金中 出类拔萃,而且在加热 条件下不易变形、不易导热。(4)自驱动性。液态金属可在吞 食少量物质后以可酿成 机械形态,举行长时间 高速运动,实现了无需外部电力的自主运动。

3.2.2 液 态 金 属的优点 (1)精度 液态金属工艺,最终成型的产物在尺寸精度和可重复性上是可以和机加工工艺相 媲美,没有附加的成本和废弃质料。LM105 的液态金属合金模具成型工艺,其缩 水率很是小,仅有0.4%。

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(2)抗腐蚀性 奇特的LM105 液态金属合金对比其他质料,如316 不锈钢这种通常被认为可以广 泛应用于腐蚀情况中的质料,具有惊人的抗腐蚀性。液态金属合金的这种优越的 抗腐蚀性在工业应用中越发有利。潜在应用包罗:汽车装饰件和在苛刻条件下应 用的产物:防护产物、牙科领域产物、工业设备、食品加工设备组件、航海领域 产物、医疗设备、户外运动设备组件等等。(3)外貌处置惩罚 液态金属质料可以将粗拙度做到0.05Ra μm 以下,这是相当优异的性能。

对其 他任何工艺来说,如果不做例如超精加工、研磨或抛光等二次加工,都如法到达 这种效果。在一些应用领域,反光性能是很是重要的,液态金属合金的产物外貌 光洁度可以到达高光反射效果。不仅如此,液态金属合金还可以举行抛光,其独 特的抛光效果取决于它的非晶组织。液态金属合金没有其他金属一样的晶体结构, 同样质料内部也没有类似晶界的组织,不会影响产物的反射性能。

使用液态金属 合金,外貌光洁度的要求不需要牺牲其他的性能。(4)弹性、强度及硬度 LM105 液态金属合金与其他差别工艺的质料举行对比,其性能均优于其他合金。LM105 液态金属合金的另一个奇特优势是具有高弹性(弹性形变1.8%)。这个特 性可以应用于其他金属不能满足的特定领域,包罗:要求在压力下弯曲,且不能屈服变形的医疗设备;可以重复弯曲,且不能泛起塑性变形或者硬化的压力传感 器;每当压缩到牢固尺寸都能到达一个特定的力的细密弹簧。

(5)磁性 液态金属合金被分类为无磁性质料,体现为顺磁性。液态金属合金不能加磁,与 其他磁性物体接触也不会保留任何磁性。电磁开关的外壳,核磁共振设备的组件, 或者高射频功率的应用领域,使用液态金属的这个特性会更合适。

3.2.3 液 态 金 属的应用领域 (1)散热器 液态金属散热技术一种合金介质技术,真正称之为的液态金属散热技术,应该是 宁静的合金介质组成。基于低熔点金属奇特的热物理性质,液态金属不仅可在高 性能服务器、台式机、工控机、条记本电脑以及通讯基站的芯片热治理中获得广 泛应用,而且还将在诸多关键领域饰演不行或缺的角色,如:先进能源领域(工 业余热使用、太阳能热发电、聚焦光电池冷却、燃料电池等)、航空热控领域(卫 星、热防护)、光电器件领域(如投影仪、功率电子设备等)、LED 照明领域以及 近年来生长迅速的微/纳电子机械 系统、生物芯片以及电 动汽车等,工业应用价 值庞大。(2)电子增材制造 液态金属 电子增材 制造技 术应用 及工业 化项目 团队在国 内外首 创了液 态金属电 子增材制造技术,通过液态金属电 子墨水直接快速制造出 柔性可拉伸电子电路, 且个性化水平高,可实时定制。

作为先进制造领域的一种从质料体系到制造系统 全历程的全新厘革性技术,该技术高度贴合了当前及以后个性化、柔性化电子快 速制造及功效器件直接3D 打印的需求。3.2.4 液 态 金 属的市场空间 (1)电子电路打印 液态金属做“墨水”,直接生成电 子电路,助推定制化电 路生产模式。用液态金 属电子电路打印机,10 分钟就能把电脑中的电路图清晰打印出来,插上电源还 能显示电路走向。其突破了传统打印电路需在平面举行的空间限制,可以在任意 弧度、曲向面上以及柔性材质上打印电路。

液态金属打印可应用于电子逻辑单元 构筑、软体机械人组装、智能家居、智能衣饰、生物医学等诸多领域。(2)修复断裂神经 液态金属“搭桥”,建设信号通道 ,人体神经功效快速重 建成为可能。因为神经 功效主要是通过电信号的传输和响应来实现的,基于这一思量,首次提出了具有 突破性意义的液态金属神经毗连与修复技术,旨在迅速建设切断神经之间的信号通路及生长空间,从而提高神经再生效率并降低肌肉功效丧失的风险。

(3)柔性机械人 自驱动可变形、能跑、会跳的液态金属,为研发柔性机械人提供了思路。柔性机 器、可变形机械在质料学和机械学中是一个很是重要的领域,而柔性正是液态金 属特有的行为。另一个有意思的地方是“液态金属机械”在运动中遇到拐弯时会 有停顿,恰似略作思索后继续行进;在遇到比“身体”小一点的漏洞时,甚至会“挤已往”。因此自驱动、柔性、可变性是这项技术的三大特点。

(4)新一代盘算机 液态金属构建盘算逻辑单元,有望生长出灵活、智能、可控的盘算系统。传统计 算机以顺序执行指令的方式运行,液态金属构建的盘算机,由于能通过多种方式 同时举行编程,一次可同时执行多个指令,具有高度并行性的特点,因此运算速 度上可能更快。液态金属也具有更好的散热性能,发烧量更小。

此外,液态金属 还兼具流体的柔性、可任意变形的特征,能够制作柔性的液体电子以致半导体单 元。3.2.5 液 态 金 属的工业阶段 处于工业初创期 ,具有重大工业化前景。

液态金属是一种高新技术质料,具有卓 越的物理、化学和力学性能,是电力、电子、盘算机、通讯等高新技术领域的关 键质料,市场需求大,工业化前景很是辽阔,而且它的生长和应用可动员一批相 关领域的技术进步和协同生长。在电子技术中,液态金属以其高效、低损耗、高 导磁等优异的物理性能有力促进了电子元器件向高频、高效、节 能、小型化方 向的生长,并可部门替代传统的硅钢、坡莫合金和铁氧体等质料。可以预测,在 未来的电子技术中液态金属将占据十分重要的位置。

3.2.6 液 态 金 属的主要上市 企业情况:略 3.2.7 液 态 金 属的生长制约 因素 (1)应用研发不足,工业化历程缓慢; (2)扶持政策缺乏,规模化效应不显着; (3)工业体系不完善,生长后劲不足。3.3 3D 打印用合金粉末 3.3.1 3D 打印用合金粉末分类及其特点与应用 为了满足3D 打印的工艺需求,金属粉末必须满足一定的要求。

粉末的流动性是 粉末的重要特性之一,若流动性太 差会造成打印精度降低 甚至打印失败。此外, 为了获得更致密的零件,一般希望粉体的松装密度越高越好,接纳级配粉末比采 用单一粒径漫衍的粉末更容易获得高的松装密度。

根据质料种类划分,3D 打印金属质料可以分为铁基合金、钛及钛基合金、镍基 合金、钴铬合金、铝合金、铜合金等。(1)铁基合金 铁基合金是3D 打印金属质料中研究较早、较深入的一类合金,较常用的铁基合 金有工具钢、316L 不锈钢、M2 高速钢、H13 模具钢和15-5PH 马氏体时效钢等。铁基合金使用成本较低、硬度高、韧性好,同时具有良好的机械加工性,特别适 合于模具制造。

3D 打印随形水道模具是铁基合金的一大应用,传统工艺异形水 道难以加工,而3D 打印可以控制冷却流道的部署与型腔的几何形状基本一致, 能提升温度场的匀称性,有效降低产物缺陷并提高模具寿命。(2)钛及钛合金 钛及钛合金以其显著的比强度高、耐热性好、耐腐蚀、生物相容性好等特点,成 为医疗器械、化工设备、航空航天及运动器材等领域的理想质料。然而钛合金属 于典型的难加工质料,加工时应力大、温度高,刀具磨损严重,限制了钛合金的 广泛应用。

而3D 打印技术特别适合钛钛合金的制造,一是3D 打印时处于掩护 气氛情况中,钛不易与氧、氮等元素发生反映,微区局部的快速加热冷却也限制 了合金元素的挥发;二是无需切削加工便能制造庞大的形状,且基于粉材或丝材 质料使用率高,不会造成原质料的浪费,大大降低了制造成本。现在3D 打印钛 及钛合金的种类有纯Ti、Ti6A14V(TC4)和Ti6A17Nb,可广泛应用于航空航天零 件及人工植入体(如骨骼,牙齿等)。(3)镍基合金镍基合金是一类生长最快、应用最广的高温合金,其在650~1000°C 高温下有 较高的强度和一定的抗氧化腐蚀能力,广泛用于航空航天、石油化工、船舶、能 源等领域。例如,镍基高温合金可以用在航空发念头的涡轮叶片与涡轮盘。

常用 的3D 打印镍基合金牌号有Inconel 625、Inconel718 及Inconel 939 等。(4)钴基合金 钴基合金也可作为高温合金使用,但因资源缺乏,生长受限。由于钴基合金具有 比钛合金更良好的生物相容性,现在多作为医用质料使用,用于牙科植入体和骨 科植入体的制造。现在常用的3D 打印钴基合金牌号有Co212、Co452、Co502 和CoCr28Mo6 等。

(5)铝合金 铝合金密度低,耐腐蚀性能好,抗疲劳性能较高,且具有较高的比强度、比刚度, 是一类理想的轻量化质料。3D 打印中使用的铝合金为铸造铝合金,常用牌号有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi9Cu3 等。

韩国通信卫星Koreasat-5A 及Koreasat-7 使用了SLM 制造的AlSi7Mg 轻量化部件(图4),不仅由原来的多个零件合成一个 整体制造,零件重量比原设计降低22%,制造成本降低30%,生产周期缩短1—2 个月。(6)铜合金 铜合金的导热性能良好,可以制造模具的镶块或火箭发念头燃烧室。NASA 接纳3D 打印技术制造了由GRCop-84 铜合金内壁和镍合金外壁组成的燃烧室[52],内 壁接纳SLM 工艺制造,再以电子束熔丝沉积完成外壁的制造。

该燃烧室经由全功 率焚烧测试后,仍然保持良好的形状,证明晰3D 打印工艺在节约大量时间和工 艺成本的基础上,取得了与传统工艺同样的效果。3.3.2 3D 打印用合金粉末的市场空间 从工业链来看,3D 打印主要包罗打印设备、打印质料和服务三大类,市场份额 占比划分为39%、37%和24%。相比外洋,我国3D 打印行业市场规模较小、工业 链生长滞后,多数企业产能主要集中在3D 打印机设备生产环节,而打印原质料、 图像处置惩罚以及下游市场应用环节较单薄。

现在,我国高端3D 打印原质料仍然依 赖入口,未来具有较大的入口替代空间。3D 打印机可分为消费级和工业级。其中,消费级3D 打印机主要面临消费型、娱 乐型以及对产物精度要求不高的产物;而工业级3D 打印机主要面临质量精度要 求较高的航空航天、医疗器械、汽车、模具开发等下游市场。

数据显示,近年来 全球3D 打印下游行业应用中,汽车行业应用规模占比力大,到达30%左右;其 次是消费品行业,占比达20%。3.3.3 3D 打印用合金粉末的工业阶段 处于工业初创期,具有重大工业化前景。3D 打印用合金粉末的制造由实验室研 究走向工业化生产攻关。

逐步将实验室研究结果落地工业化,尽早挣脱我国在高 端球形钛合金粉末领域受制于外洋的被动局势。3D 打印用金属粉末质料包罗钛合金、铝合金、青铜合金、镍合金等,钛合金粉 末在金属零件3D 打印工业链中是最重要的一环,也是最大的价值所在。钛及钛 合金球形粉末制备技术一直为美、德、英等西方蓬勃国家所垄断。

随着金属3D 打印工业的生长,球形钛合金粉体质料的制备技术将进一步完善及工业化,老一 代技术将获得大幅度更新换代,新的制备技术及工艺也将不停涌现。3.3.4 3D 打印用合金粉末企业情况 现在海内以3D 打印金属粉末的研发、生产为主营业务的高新技术企业均没有上 市,下面先容几家生长规模较大的重点粉末研发生产公司。3.3.5 3D 打印用合金粉末的生长制约因素 金属3D 打印市场潜力无限,但因金属粉末质料技术壁垒较高、生产难题,导致 市场产量不足。

现在,金属3D 打印仅能打印十几种金属,主要包罗铝合金、钛 合金、模具钢、钴铬合金、不锈钢、铁镍合金和铜合金等。金属3D 打印技术不能有效推广的主要原因是,质料的种类少及其制备还未能满 足设计要求,而且海内金属3D 打印质料大部门依赖入口,价钱昂贵。开发专用 的、廉价的金属3D 打印原质料,是推动金属3D 打印生长的一定因素。

3D 打印对打印用粉的身分、粒度、形貌等都有严格要求,而海内接纳简朴的物 理破碎制粉工艺生产的粉末,无法满足3D 打印条件。小装置小批量的生产模式, 也导致种种球形金属粉末产量低、生产不一连、成本高等诸多问题,严重制约了3D 打印技术的生长。3.4 超导质料 界说:是指具有在一定的低温条件下出现出电阻即是零以及排挤磁力线的性质的 质料。

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现已发现有28 种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。现在研究 人员发现具有超导特性的质料已有数千种,包罗金属、合金、化合物以及有机物 等。

可是在电工学应用领域,到达或靠近实用价值的超导质料仅6 种, 划分为NbTi、Nb3Sn、BSCCO、MgB2、ReBCO(Re 为稀土元素)和铁基超导体。其中NbTi 和Nb3Sn 占电工应用超导质料的90%,BSCCO 和MgB2 处于应用示范阶段,ReBCO 涂层超 导体开始实现批量制备。铁基超导体具有较高的上临界磁场和不行逆磁场,在强 磁场应用方面有很大的潜力。

3.4.1 超 导 材 料的特点与性 质 (1) 零电阻。导体在温度下降到某一值时,电阻会突然消失,即零电阻,这一 现象称为“超导现象”,具有超导性的物质,称为超导体,超导体如钛、锌、铊、 铅、汞等,在超导状态,当温度降至温度(超导转变温度)时,皆显现出某些共 同特征。一个超导体环移去电源之后,还能保持原有的电流。

(2) 完全抗磁性。超导质料的温度低于临界温度而进入超导态以后,只要外加磁 场不凌驾一定值,该超导质料便把磁力线排挤体外,因此其体内的磁感应强度总 是零。超导质料最奇特的性能是电能在输送历程中险些不会损失:近年来,随看 质料科学的生长,超导质料的性能不停优化,实现超导的临界温度越来越高。

20世纪末,科学家合成了在室温下具有超导性能的复合质料,室温超导质料的研制 乐成使超导的实际应用成为可能。3.4.2 超 导 材 料的应用领域 (1)输电电缆 传统电缆在举行电力输送时,有6%-8%的电能在输送时以热能的形式损耗。

如 将高温超导带材应用于输电电缆(称为高温超导电缆),则其系统整损耗仅相当于 传统输电电缆的40%,且传输容量数倍于传统电缆,有效地提高了电能的使用 率,降低了占地空间。(2) 超导发电机 超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高,超导发电机的单机发电容量比通例 发电机提高一倍,而体积却减小二分之一,整机重量淘汰三分之一,发电效率提 高百分之五十。

(3) 超导磁体 与通例磁体相比,超导磁体的优点是其耗能小,可以到达较高的磁感应强度。如 用传统方法发生的磁场,其耗电功 率近,每分钟需冷却水 ,技术上也比力难题, 可是使用超导磁体,其耗电功率仅为几百瓦。(4) 超导限流器 使用超导限流器不只可以对电网过流举行有效抑制,还具有主动复位功效,有助 于提高电网的稳定性。

3.4.3 超 导 材 料的市场空间 从产物类型来看,超导分为低温超导和高温超导。其中,低温超导应用规模最广 泛。随着技术的不停革新,高温超导需求将不停增加。

从应用领域来看,磁共振 成像将成为应用需求最多的一个领域。另外,电子电气将成为超导技术需求增速 最快的领域。

超导质料具有在较高磁场下有较大临界电流密度、高的临界磁场以及磁损耗较小 等特性。现在,技术最成熟、应用最广泛、商业化水平最高的超导质料是BSCCO 高温超导质料,各国研发和生产重点超导质料是YBCO 高温超导质料,YBCO 第二 代超导质料是未来超导质料生长的偏向。

而海内超导质料主要是依赖于美国和日 本入口,价钱昂贵,占应用产物的50%左右成本。超导行业生长必将发生对超导 质料大量的需求,因此,超导行业要生长壮大,超导质料必须国产化。凭据2017 年Stratistics MRC 宣布的观察预测数据显示,2015 年全球超导产 品市场规模为8.2 亿美元,到2022 年该市场规模将扩大至27.1 亿美元,复合 年均增长率(CAGR)到达18.6%。

从整条超导工业链价值的角度来分析,超导材 料可占超导设备成本的40%-50%。从工业链盈利能力的角度来分析,超导质料的 盈利能力最强,毛利率可达50% 左右。据国家新质料工业生长战略咨询委员会 分析师称,“现在海内超导质料主 要从美国和日本入口, 成本昂贵,约占超导应 用产物成本的50% 左右”。

凭据2017 年Business Wire 宣布的数据显示,2017 年全球超导产物市场规模 高达61 亿美元,2022 年将到达88 亿美元,复合年均增长率(CAGR)约为7.5%。在超导质料应用领域,高温超导质料的市场份额将会逐步扩大。

据美国能源部预 测到2020 年低温超导质料应用市场将到达45%,高温超导质料市场占55%;到2030 年低温超导质料应用市场将到达31.3%,高温超导质料市场占68.7%。3.4.4 超 导 材 料的工业阶段 处于工业初创期,具有重大工业化 前景。

现在我国已经全面突破了实用化低温超 导线材制备技术,已具备批量制备千米级实用化MgB2 超导线材的能力。我国第 一代高温超导带材(BSCCO-2223)与国际先进水平的差距已经大大缩小,关键技 术指标基本到达了实用化的要求,已经进入工业化生长阶段。在第二代高温超导 带材(YBCO)方面,我国与国际先进水平的差距迅速缩小。上海和苏州等地均以 企业形式制备出了千米级的YBCO 二代带材,而且已经有一定量的销售和使用。

3.4.5 超 导 材 料的主要上市 企业情况:略 3.4.6 超 导 材 料的生长制约 因素 超导的缺点为现有的高温超导体还处于必须用液态氮来冷却的状态。这种情况是 比力难大规模做到,在整条通讯线路上接纳这样的技术是不太实际的。3.5 高温合金 界说:高温合金是指在650°C以上,具有一定力学性能和抗氧化、耐腐蚀性能的 合金,或指以铁、镍、钴为基,能在600°C以上的高温及一定应力作用下恒久事情 的一类金属质料。

3.5.1 高 温 合 金的特点与优 点 具有较高的高温强度、断裂韧性、抗氧化、抗热腐蚀和热疲劳性能。3.5.2 高 温 合 金的应用领域 (1) 航空航天领域 我国生长自主航空航天工业研制先进发念头,将带来市场对高端和新型高温合金 的需求增加。

航空发念头被称为“工业之花”, 是航空工业中技术含量 最高、难度最大的部件 之一。作为飞灵活力装置的航空发念头,特别重要的是金属结构质料要具备轻质、 高强、高韧、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等性能,这险些是结构质料中最高的性能 要求。高温合金是能够在600°C以上及一定应力条件下恒久事情的金属质料。

高温合金 是为了满足现代航空发念头对质料的苛刻要求而研制的,至今已成为航空发念头 热端部件不行替代的一类关键质料。现在,在先进的航空发念头中,高温合金用 量所占比例已高达50%以上。

在现代先进的航空发念头中,高温合金质料用量占发念头总量的40%~60%。在航 空发念头上,高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘四大热段 零部件;此外,还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。(2) 能源领域 高温合金在能源领域中有着广泛的应用。

煤电用高参数超超临界发电锅炉中,过 热器和再过热器必须使用抗蠕变性能良好,在蒸汽侧抗氧化性能和在烟气侧抗腐 蚀性能优异的高温合金管材;在气电用燃气轮机中,涡轮叶片和导向叶片需要使 用抗高温腐蚀性能优良和恒久组织稳定的抗热腐蚀高温合金;在核电领域中,蒸 汽发生器传热管必须选用抗溶液腐蚀性能良好的高温合金;在煤的气化和节能减 排领域,广泛接纳抗高温热腐蚀和抗高温磨蚀性能优异的高温合金;在石油和天 然气开采,特别是深井开采中,钻具处于4-150°C的酸性情况中,加之CO2,H2S 和泥沙等的存在,必须接纳耐蚀耐磨高温合金。我国上海电气、东方电气、哈尔滨汽轮机厂等大型发电设备制造团体在生产规模 和生产技术等方面近年来有了较大 提高,拉动了对发电设 备用的涡轮盘的需求。

正在举行国产化研制的新一代发电装备-大型地面燃机(也可作舰船动力)取得 了显著希望,实现量产后将动员对 高温合金的需求。同时 ,核电设备的国产化, 也将拉动对国产高温合金的需求。

(3) 汽车用高温合金 汽车涡轮增压器、发念头排气管、内燃机的阀座、镶块 、进气阀、密封弹簧、火 花塞、螺栓以及热发生器等装置零部件需要高的高温力学性能,因此这部门也是 高温合金质料重要的应用领域,其中汽车涡轮增压器又是最主要的车用高温合金应用领域。涡轮增压器是高端乘务车、重型卡车及特种装备车辆(搅拌车、吊车、 高空车等)中必备的部件,由于涡轮端事情温度高,均接纳高温合金。现在海内 大量使用的增压涡轮质料是自行研制的K213,K418,K419 和K4002 等铸造高温 合金,外洋用于增压涡轮的质料有Inconel713C,GMR235,MAR-M247,MAR-M246,X40 等。

此外,高温合金质料在玻璃制造、冶金、医疗器械等领域也有广泛的用途。在玻 璃工业中应用高温合金零件多大十几种,如:生产玻璃棉的离心头和火焰喷吹坩 埚,平板玻璃生产用的转向辊拉管大轴、端头和通气管等。3.5.3 高 温 合 金的市场空间 现在全球高温合金年产量约30 万吨,其中美国产量凌驾10 万吨,日本和德国接 近5 万吨,我国年产量1 万吨。高温合金市场受航空发念头和燃气轮机重大专项驱动较为显着。

思量政府直接投 入以及动员地方及社会专项投入,预计投资总金额将到达 3000 亿元。高温合金 作为航空发念头投入的重点质料,未来增速较为可观。中恒久来看,核电、工业、 舰船等领域突破性需求也带来高端合金行业的需求。

凭据中国金属学会高温质料分会测算,我国现在高温合金质料年生产量约1 万吨 左右,每年需求可达2 万吨以上,市场容量凌驾80 亿元。我国高温合金生产能 力与需求之间存在较大缺口,在航天航空、燃气轮机、核电等领域的高温合金主 要还依赖入口。随着两机专项的推进以及航空航天工业、油气开采以及燃气轮机 等高效能源新兴领域的快速生长,《中国新质料工业生长陈诉》中预计2030 年我 国高温合金需求可到达10 万吨。

从高温合金的需求结构来看,全球航空航天需 求超55%。3.5.4 高 温 合 金的工业阶段 处于工业初创期 ,具有重大工业化前景。

高温合金行业具有很高的进入壁垒。高 温合金产物具有很高技术含量,要求一定的技术储蓄和研发实力,能够进入该领 域的企业数量十分有限。

质料工业的进步需要逐代技术积累,现在我国在高温材 料和产物方面尚未有完整的工业体系,技术积累较为缺乏,在航空发念头的关键高温用材上还需依赖外洋入口。3.5.6 高 温 合 金行业生长前 景 高温合金是航空航天发念头技术的难点和瓶颈,而航空航天技术是一个综合国力 的体现,同时也是保证国家宁静的战略关键。因此,我国全面启动“两机”专项, 旨在航天航空领域实现自主可控,追遇上世界先进水平。

可以判断,高温合金的 中期驱动主要来自“两机”专项动员的需求增长。对于高温合金高端产物要到达世界先进水平,其技术需要经由逐代积累,政策资 金投入起到了加速这一历程的效果,但最终时间很难判断,可能是一个较为漫长 的历程。

3.6 稀土功效质料 界说:稀土是15 种镧系元素(镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、 铒、铥、镱、镥)以及与镧系元素化学性质相似的钪、钇共17 种稀有元素的统 称。稀土新质料约占稀土质料的6 成,按功效划分为稀土永磁质料、稀土催化材 料、稀土储氢质料、稀土发光质料、稀土超抛光质料五大类。

其中,稀土永磁材 料占比凌驾63%,是稀土功效质料中规模最大、增速最快的种类,主要公司包罗 中科三环、宁波韵升、银河磁体等。3.6.1 稀 土 功 能质料分类及 其特点与应用 稀土永磁质料:稀土永磁质料是将钐、钕混淆稀土金属与过渡金属(如钴、铁等) 组成的合金,用粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性质料。

土 永磁质料是现在已知的综合性能最高的一种永磁质料,它比十九世纪使用的磁钢 的磁性能高100 多倍,比铁氧体、铝镍钴性能优越得多,比昂贵的铂钴合金的磁 性能还高一倍。由于稀土永磁质料的使用,不仅促进了永磁器件向小型化生长,提高了产物的性 能,而且促使某些特殊器件的发生,所以稀土永磁质料一泛起,立刻引起各国的 极大重视,生长极为迅速。我国研制生产的种种稀土永磁质料的性能已靠近或达 到国际先进水平。稀土催化质料:轻稀土镧、铈和镨等元素具有奇特的4f 电子层结构,在化学反映 中具有良好的助催化性能,因此被 用作优良的催化质料。

现在已进入工业生产的 稀土催化质料包 括分子筛稀土催化质料、稀土钙钛矿催化质料、以及铈锆固溶 体催化质料等,主要应用于石油催化裂化(FCC 催化剂)、灵活车尾气净化、工业 有机废气净化、催化燃烧和固体氧化物燃料电池等方面。稀土储氢质料:人们很早就发现,稀土金属与氢气反映生成稀土氢化物REH2, 这种氢化物加热到1000°C以上才会剖析。而在稀土金属中加入某些第二种金属 形成合金后,在较低温度下也可吸放氢气,通常将这种合金称为贮氢合金。

在已 开发的一系列贮氢质料中,稀土系贮氢质料性能最佳,应用也最为广泛。其应用 领域已扩大到能源、化工、电子、宇航、军事及民用各个方面。用于化学蓄热和 化学热泵的稀土贮氢合金可以将工厂的废热等低质热能接纳、升温,从而开发出了人类有效使用种种能源的新途径。使用稀土贮氢质料释 放氢气时发生的压力, 可以用作热驱动的动力,接纳稀土贮氢合金可以实现体积小、重量轻、输出功率 大,可用于制动器升降装置和温度传感器。

稀土发光质料:稀土发光质料是由稀土4f 电子在差别能级间跃出而发生的,因 引发方式差别,发光可区分为光致发光、阴极射线发光、电致发光、放射性发光、X 射线发光、摩擦发光、化学发光和生物发光等。稀土发光具有吸收能力强,转 换效率高,可发射从紫外线到红外光的光谱,特别在可见光区有很强的发射能力 等优点。稀土发光质料已广泛应用在显示显像、新光源、X 射线增光屏等各个方 面。

稀土超抛光质料:稀土抛光质料作为研磨抛光质料以其粒度匀称、硬度适中、抛 光效率高、抛光质量好、使用寿命长以及清洁环保等优点,已经广泛应用于光学 玻璃、液晶玻璃基板以及触摸屏玻璃盖板的抛光。特别是近年来随着液晶显示器 的工业的兴起与不停壮大,高性能液晶抛光粉获得了快速生长。我国稀土抛光质料行业在众多稀土质料应用领域中,跨越了从普通玻璃制造行业 转向光电子显示行业,由传统应用到光电子高技术提升的历程。稀土抛光质料以 其奇特、灵活的使用特性,已经成为当今世界光电子传输显示行业必不行少的材 料。

现在,我国稀土抛光质料被广泛应用于液晶玻璃、手机面板、光学玻璃等器 件的抛光。3.6.2 稀 土 功 能质料的市场 空间 新能源汽车快速拉动高端稀土磁材需求。

2017 年,我国新能源汽车累计销量达77.7 万辆,同比增长53%;2018 年1-10 月,新能源汽车累计销量达86 万辆, 同比增长76%。凭据国家新能源汽车生长计划,2020 年新能源汽车产能将到达200 万辆。随着外洋汽车品牌纷纷加入新能源汽车竞争,预计全球2020 年新能 源汽车将到达300-400 万辆。陪同新能源汽车在全国大规模的推广,行业景气度不停提升,稀土磁材行业受益 显着。

2016 年中国新能源汽车消耗钕铁硼磁材2300 吨左右,产值9.66 亿元。预计到2020 年,将消耗钕铁硼磁材近万吨,产值到达40 亿元左右。凭据智研咨 询对钕铁硼主要的7 个应用领域需求量拆分,新能源汽车是应用前景最好、增速 最快的领域,风力发电、变频家电和节能电梯是应用较大的低碳工业领域,传统 汽车EPS、工业机械人和智能手机需求增长相对较小。

综合来看,未来三年海内 对高性能钕铁硼永磁质料需求增长约15%左右。因此,海内主要磁材生产企业扩 产意愿强烈。恒久来看,随着新能源、航空航天、原子能工业 、结构陶瓷、生物医疗、磁性材 料、电学、冶金机械及石油化工等高技术领域不停生长,稀土深加工及应用的结 构升级,稀土功效质料的市场容量和附加值也将进一步扩大。

3.6.3 稀 土 功 能质料的工业 阶段 现在稀土工业已处 于工业成熟期,增速较为稳定。我国稀土储量占世界的36.67%, 产量占比83%,均居世界第一,在全球稀土工业链上具有举足轻重的职位。2007-2017 年我国稀土行业总产值从287.6 亿元增长至840 亿元,其中,2011 年工业产值为852.4 亿元,同比增加127.0%,到达历史峰值,主要源于2011 年 以来我国稀土行业市场和政策方面泛起重大变化,主要稀土品种的价钱在2011 年泛起较大涨幅。

之后稀土价钱回调较大,但行业总产值基本保持平稳,工业附 加值获得提升。3.6.4 稀 土 功 能质料的企业 情况:略 3.6.5 稀 土 功 能质料的生长 制约因素 (一)稀土资源开采方式粗放,资源浪费与情况污染并存由于利益的诱惑,我国一些地方小企业在开采稀土资源时接纳粗放的开采方式 , 不惜以破坏生态情况为价格,换取短期 利益 ,造成稀土矿产滥采滥挖 、采富 弃贫 、资源接纳使用率低等现象。此外,稀土矿产和冶炼生产历程中,也对周围住民生活情况发生了严重影响,造 成了地下水污染 ,农作物绝收,严重影响了周围住民的正常生活和生产。

(二)稀土产物附加值低,工业缺乏焦点技术而我国一直处于稀土工业链的低端,主要集中在稀土开采、冶炼分散等环节,造 成稀土产物科技含量不高、产物附加值较低。权衡稀土工业焦点技术之一是稀土 专利。

虽然我国已经成为全球申报稀土专利数量最多的国家,可是就专利质量而 言另有较大的差距。(三)稀土工业政策不完善,行业羁系难题我国政府近年来在稀土资源开采、稀土行业准入条件等方面,出台了一系列相关 政策。正是由于出台了限制出口、开采总量控制等政策,导致稀土前端企业谋划 绩效良好,这说明政策调控对前端企业发挥了比力显着的调控效用。可是在增强 高端工业焦点技术研发能力、造就 高科技人才、生长稀土 工业焦点技术等方面, 未制定详细的专项政策。

我国稀土矿山大多位于偏远山区,而羁系机构设置在市 区,造成了执法部门羁系难题。4、 科创板新质料公司估值方法讨论:略……温馨提示:如需原文档,请登陆未来智库www.vzkoo.com,搜索下载。(陈诉泉源:财通证券;分析师:李帅华)。


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