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材料科学:石墨烯10倍于黄金高分子材料爆发(附股)

文章发布时间:2015/5/26 12:22:16



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理财周报材料科学实验室研究员谢达斐/撰述

请打开你的想象力,关于未来的新材料物质世界景象。

比如一种新鲜的膜材料——3D膜,把它贴在电视、手机、平板电脑屏幕上就会有3D效果,而不需要带上沉重的眼镜。目前已经有上市公司在探索这部分市场,康得新就是其中一家,“公司已经和京东方、长虹建立联系,产品市场定价已达800元/平,该产品已经实现产业化。”招商证券分析师告诉记者。

再或者窗膜,把它贴在落地窗或者车窗上面,可以防止紫外线和隔热,是一种环保型新材料;还有一种高分子生物医学材料,可以制作成人体器官或人造皮肤。也可以这么理解,新材料可以铸造未来的“生命科学”……

新材料产品在不久的未来可能会改变人类生活,颠覆传统的工业结构制造业,打开全新的市场格局。

据理财周报记者统计,涉及新材料业务的上市公司共有212家,涉及有色金属、机械设备、化工、房地产等20个行业,总市值达到22319亿元,在整个资本市场所占份额不小。

其中化工行业涉及新材料业务的公司最多,共有56家,占比26.4%,其次是机械设备行业38家,占比17.9%。这212家公司当中市值在50亿元以上的有65家,其中涉及膜材料业务的公司最多有8家,其次是涉及智能材料业务的公司,共有7家。

新材料是不可思议的,那它究竟为何方神圣?

在定义上看,新材料指的是已经形成的或正在发展的具有传统材料所不具有的特殊性能和特殊功能的材料,在学界被分为金属材料、无机非金属材料、有机非金属材料、复合材料四种。

而在新材料“十二五”规划中被细分为特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料、前沿新材料六大类。由于每个领域都包含多个新材料品种,其发展水平和发展特征各不一样,《规划》根据各领域特点,参考材料分类方法,将6大领域进一步细分为20个重点方向。

《规划》提出,“十二五”新材料产业预期发展目标是总产值达到2万亿元,年均增长率超过25%。到2015年,建立起具备一定自主创新能力、规模较大、产业配套齐全的新材料产业体系,突破一批国家建设急需、引领未来发展的关键材料和技术,培育一批创新能力强、具有核心竞争力的骨干企业,形成一批布局合理、特色鲜明、产业集聚的新材料产业基地,新材料对材料工业结构调整和升级换代的带动作用进一步增强。

新材料规划重点支持的子行业主要应用于新能源、生物、信息技术、节能环保、现代交通等重要领域,未来的下游市场非常广阔,相关材料的发展空间巨大。

或许现在而言,新材料对于你我而言感觉是遥不可及的,但其实它们早已经出现在我们生活的各个方面。

例如新材料中的先进高分子材料,包括纤维、橡胶以及塑料;再如新型无机非金属材料,包括新型建筑材料、特种玻璃材料、先进陶瓷材料、人工晶体等;还有高性能纤维及复合材料,包括高性能纤维材料、陶瓷基复合材料、炭炭复合材料等。“实际上,新材料与传统材料并不是对立的,很多都是由传统材料经过改良或者功能化之后具备某种新功能而升级为新材料。”华南理工大学机械与汽车工程学院曹贤武教授告诉记者。

当然,新材料也有一部分在日常生活当中并不常见,但在资本市场却是概念很火热。

如特种金属功能材料,包括半导体材料、新能源及储能材料、硬质合金及制品,主要发展稀土功能材料,用于满足电子、汽车等高端设备需求;再有高端金属结构材料,包括高品质合金材料、钢结构、铸件及锻件、金属制品及部件,主要用于满足电力、交通运输、船舶及海洋工程、航空航天等设备需求。

新材料引导未来工业制造发展方向,极大可能颠覆现有的物质世界。

这里不能不提及前沿新材料石墨烯,你完全可以想象,这将是改变世界能源格局的一种材料。

石墨烯作为21世纪最具颠覆性的新材料,具世界上最硬最薄的特质,并具备极强韧性,极强的导电性和导热性,可应用于电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域。新型石墨烯电池将同时具备两者的优点:功率密度比锂电池高100倍,能量储存密度比传统超级电容高30倍;最核心的是,充满电竟然只需1分钟。

“高分子材料的市场价值在于它是一种变化多端的材料,可塑性很强,可以很大很硬,也可以很薄,甚至是流动形态的,因此对于配方以及后加工处理环节要求较高。”曹贤武教授告诉记者。

事实上,不仅高分子材料,其他新材料也具备形态多变,可塑性强的特质,任何新奇的新鲜事物都可能会是新材料组合而成。

新材料的未来疆土能有多大?市场价值能有多高?你的想象力有多远,它可能都能到达。

在工信部《新材料产业"十二五"发展规划》中,特种金属功能材料位列6大重点发展方向之首。在400项新材料产业"十二五"重点产品目录中,特种金属功能材料有128种,占了重点产品的近三分之一,其重要性不言而喻。

这128种重点产品,广泛应用于电子、汽车、医药、航空航天、海洋和核能等高精尖领域。谁拥有了某种产品的核心技术与装备,便拥有了改变行业格局的话语权。

《规划》中最后一个是前沿新材料,包括了纳米材料、生物材料、智能材料和超导材料4大门类的37种重点产品,应用领域包括医疗、自动化、航空航天、高端机械等高精尖领域。

材料科学:无机非金属航天应用难以替代,高性能纤维和复合材料需求仍在导入期

2013年中国将占据全球复合材料市场增长43%的份额,其中建筑施工领域将占市场增长率的67%

理财周报材料科学实验室研究员刘佳昕谢达斐/撰述

本文接着探讨《新材料产业“十二五”发展规划》中的另外两个重点发展方向:新型无机非金属以及高性能复合材料。

新型无机非金属材料:共同点少差异性大

“十二五”规划中,新型无机非金属材料被列为重点发展的新材料,其金属无法替代的功能颇受青睐。

新材料涉及的领域众多,建筑材料、特种玻璃材料、先进陶瓷材料、人工晶体、石墨材料等,都属于无机非金属材料。其耐高温、耐腐蚀、耐磨性好、强度高等特质,让无机非金属材料可以很广泛地被应用,而作为一种基础物质,不难想象其主导未来的科技方向。一位北京高校的教授对记者表示,“现在都在研究(新型无机非金属材料),这是一个大的趋势。”

“无机非金属有材料有很多难以替代的特性,比如说像航空、地面武器等的制造,对质量要求比较高,如用在航天制造,质量很重的话,肯定影响会比较大,这时候无机非金属材料就发挥了很好的作用。因为越轻需要的能量越低,所以很多军工制造对材料的要求比较大”,教授补充说。

相比较而言,无机非金属材料也弥补了金属材料的弊端和不足。

业内人士解释:“大部分金属的熔点都比较低,而且金属比较沉,即使强度还可以,但是仍然没法填补它的弊端,但是有一些无机非金属材料就能特别好地满足要求,对于不同的需要,无机非金属的一些材料会更适合。值得一提的是,无机非金属材料的共同特点较少,差异性较大。

“不同的材料可以用到不同的地方,军工肯定可以用,民用也可以,像生活中的盘子和碗,也都是无机非金属材料。有些材料导电性能好、有些材料光导性好、有些材料甚至有自洁功能。如果用在武器装备上,材料之间会有很细致、精确的分类,看似类似的材料,实际上差别特别大,应用差别也很大。有的做航空、有的做地面”上述人士说。

“其实行业一直都在研究无机非金属,只不过从毛泽东大炼钢铁的时候开始,金属比较受重视,但针对不同的研究领域无机研究一直都有,十二五规划之后,无机非金属材料更加受重视。” 

从市场的角度来看,无机非金属材料涉及的行业更多地表现出结构性分化。

随着7月份逐步进入中报披露期,结构性分化难以避免。增长较快的集中在房地产投资、公共设施投资、公共事业投资等民生及消费相关领域,下游应用集中在这些领域的公司,有较好的市场反响;但另一方面,由于一季度制造业PMI下滑及其滞后性影响,部分与制造业投资相关的板块中期业绩存在低于预期或下滑的风险。

从具体的产业链来讲,中国玻纤为例,全球玻纤行业由六家企业占据83%的市场份额,其中中国玻纤高达20%。

国内外玻纤行业集中度高,目前全球玻纤产能530万吨,其中,中国产能超过一半,中国玻纤以93.5万吨的产能规模占据国内第一、世界领先地位。

除此之外,玻璃纤维不同于水泥,虽然同为无机非金属材料,但水泥有运输半径的限制;半导体材料及制品、石墨材料、现金储能材料等新兴材料在无机非金属材料领域也占有重要的位置。

高性能复合材料:“十二五”需求量达600万吨

在六大新材料品种当中,高性能纤维可以说离我们很远,也可以说离我们很近。

因为高性能纤维具有耐腐蚀、耐高温、高强度等特性,应用领域从上至下较为广泛,包括航空航天、交运设备以及日常生活等,具有天然纤维和普通合成纤维无法比拟的特性。

高性能纤维其实早就已经存在我们的生活当中,新材料的高性能纤维只不过是传统材料的改良或者功能化之后而成的。

高分子复合材料与传统材料相比,具有更高的强度、耐化学品和耐热冲击性,以及更大的设计灵活性,它是发展国防军工、航空航天、新能源及高科技产业的重要基础原材料,同时在建筑、通信、机械、环保、海洋开发、体育休闲等国民经济领域具有广泛的用途。从复合材料的应用领域来看,国内市场中复合材料最大的应用领域为建筑和基础工程,合计约为71%,而用于交通运输的比例相对比较小,只占5%,低于全球24%平均水平;在工业设备领域比例为10%,也低于全球26%的平均水平。据有关数据显示,到2013年中国将占据全球复合材料市场增长43%的份额,其中在建筑施工领域将占市场增长率的67%,预计到2015年,“十二五”期间,中国复合材料需求量达到600万吨。

若按照合成的原料不同,高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等,其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维,而碳纤维尤其值得关注。

实际上,碳纤维早已在资本市场上火热了很长时间。

目前碳纤维新材料已进入快速扩张期,未来航天航空、油气开发、汽车、电子等领域将带动碳纤维材料需求大幅增加。

据了解,日美德技术垄断集中度较高,PAN基碳纤维生产技术壁垒较高,而原丝、炭化等关键环节由日、美等国控制。其中,小丝束碳纤维生产基本上被东丽、东邦和三菱等日本企业所控制,三者市占率达到70%左右。大丝束则主要由美国卓尔泰克、德国西格里和日本东邦控制,市占率为80%左右。

和其他种类的新材料遇到的瓶颈一样,目前碳纤维行业尚在起步阶段。国内企业存在原丝质量差、生产规模小、质量低、价格高、应用基础研究薄弱、品种单一等问题,近年来快速扩张的产能大多为低品质产品,与国外差距明显。

由于技术封锁原因,我国碳纤维需求仍在导入期,未来航天航空、汽车制造、新能源制造等将成为需求增长的主要领域。

据美国市场研究机构提供的数字,2015年前,全球碳纤维市场需求将保持13%的增长,而我国对碳纤维的需求增速却明显快于全球。有机构研究员认为,仅考虑到部分高档民用汽车采用碳纤维材料进行轻量化,预计2015年我国汽车工业对碳纤维的需求量也将达到2800吨。据估计,至2015年,我国对碳纤维总体需求将达1.6万吨。而根据新材料产业规划,“十二五”末我国碳纤维产能为1.2万吨。

在碳纤维市场上探索的公司主要有金发科技中钢吉炭其中中钢吉炭的项目值得关注——10吨军品碳纤维已在运行,占股30%中钢江城碳纤维二期1500 吨2013年4月已经投产。

世纪证券化工分析师顾静看好高性能纤维市场,她认为目前高性能纤维在飞机上的比例为50%-80%,波音公司预计到2025年中国运输飞机数量将是原有的3倍;国内风电和汽车领域需求旺盛,高性能纤维复合材料作为一种先进的轻质高强材料,符合风力发电机组大容量发展趋势,迎合汽车安全、轻型化发展方向。


材料科学:石墨烯10倍于黄金,高分子材料爆发

“传统的材料在经过改良后,性能方面有较大的提升,就成了新材料。”

理财周报材料科学实验室研究员 张伟贤/文

有一种电池,其容量是传统电池的30倍,充满电只需1分钟。

这便是2011年底引起全球疯狂的石墨烯电池。这一种足以引发电池领域革命的石墨烯电池,其原料正是近两年来席卷资本市场的“黑金”石墨烯——一种价格10倍于黄金的纳米材料。

这种纳米材料就属于本文中要探讨的一种前沿新材料。但是,石墨烯电池毕竟还只是实验室的研究成果,离产业化还需时日。不过,并不是所有的新材料都距离我们很遥远。

事实上,不少毛绒公仔、衣服等纺织品上面都用上了纳米材料,使之具有抗静电、抗紫外线灯功能。

即便最常见的塑料、橡胶也有很多属于新材料,也就是本文中同时要探讨的先进高分子材料。

“传统的材料在经过改良后,性能方面有较大的提升,如塑料可以降解了,橡胶抗老化、耐磨性等大幅提升了,就成了新材料。”长期从事高分子材料研究的曹贤武教授表示。

高分子材料中关注高性能膜材料

常见的物质,一般是由几个或几十个原子组成,分子量在几十到几百之间,称之为小分子,如水的分子量为18。所谓的“高分子”,指的是分子量特别高的物质,一般分子量在1万以上。

先进高分子材料,指具有相对独特物理化学性能、适宜在特殊领域或特定环境下应用的人工合成高分子新材料。

“近期比较热的高分子材料还包括广泛应用于智能手机、建筑玻璃等领域的各种光学膜。”曹贤武对记者表示,“如光学聚酯膜、扩散膜、导电膜、增亮膜、窗膜等”。

事实上,高性能膜材料更跻身《规划》的十大专项工程之一,目标是到2015年,实现水处理用膜、动力电池隔膜、氯碱离子膜、光学聚酯膜等产品自主化,提高自给率。

以光学膜为例。目前市场上用于光电显示的材料只有两种:玻璃和光电膜,而光学膜厚度、重量、柔性、成本较玻璃更优,改进后的薄膜甚至有替代玻璃起保护作用之趋势,因此光学膜在液晶屏、触摸屏、3D显示等领域需求量大。

第三类是高端金属结构材料关键装备:开发高功率(单枪功率≥500Kw)电子束炉和等离子炉,大型特钢精炼真空电渣炉,高纯净大规格铝锭半连铸装备,等温模锻、等温挤压、固溶淬火、三级时效等装备。

在高端金属结构材料领域,安徽鑫科新材料股份有限公司堪称“领军人物”。公司是国家火炬计划重点高薪技术企业,是安徽省铜合金材料加工工程研究中心的发起人和产业依托单位。不过,2011-2012公司有两大新材料项目发生了重大变更。一是2011年,公司年产10,000吨精密紫铜带技术改造项目变更为收购无锡古河60%股权并增资项目。二是2012年公司年产15,000吨引线框架铜带项目变更为年产40KT高精度电子铜带项目。

 

 

 


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