5G催热散热技术,但最重要的原材料却被卡脖子?

材料那些事 2023-02-21
2528 字丨阅读本文需 7 分钟

5G的兴起确实给诸多行业带来了机会,眼下5G却出现一些质疑,消费者对5G的感观不佳,不过让人意外的是5G的发展却带动了一个高科技的发展,那就是散热技术,这恐怕是让各方颇为意外的。

轻薄化催热散热技术

据悉5G基站的耗电量是4G的2-3倍,比耗电量更可怕的是发热量增幅更大,业界人士指出5G基站的发热量是4G的5倍,巨量的发热让厂商花费了许多脑筋,甚至不得不为5G基站配置空调房,这也可以看出5G基站的娇贵。

不仅5G基站的发热量庞大,手机端的5G芯片同样发热量巨大,5G芯片需要处理更多的数据,5G的信号更复杂、天线更多等等都导致5G手机的芯片发热量大增,为此5G手机的电池容量普遍比4G手机大许多,散热也成为5G手机的重要技术难点之一。

为了解决5G基站和5G手机的散热问题,众多企业都在努力寻求解决方案,其中的技术之一就是散热垫片,或许很多人觉得散热垫片是一个不起眼的产品,然而就是这样的产品如今却是被日本和美国垄断着。

散热垫片已有诸多国内企业可以提供,但是散热垫片的材料如今却是由日本和美国垄断,业界人士指出由于散热垫片的需求量激增,日本和美国的散热垫片材料供应商如今可是如日中天,据说相关厂商得先打钱,然后在日美厂商门口开着货车等着拿货。

据悉石墨散热逐渐成为各方重视的散热技术,然而石墨散热膜的主要材料聚酰亚胺(PI)膜 是被美国杜邦、韩国 SKC Kolon、日本 Kaneka、宇部兴产、台湾达迈等厂商垄断,并且它们拥有专利优势,中国厂商开发这些散热材料受到专利的掣肘。

除了在材料方面受到美日厂商的限制之外,海外厂商在散热片设计技术方面也具有较大的优势。如今的手机都在往轻薄方向发展,然而由于5G手机的耗电量太大只能增加电池容量,由此进一步挤压手机的内部空间,散热片的轻薄设计也就异常重要,而这方面日本厂商和中国台湾的厂商较为有优势,它们可以设计出更薄的散热片。

当然随着中国手机企业的崛起,如今中国手机也开始不断加强与产业链的合作,一些手机企业甚至直接投资散热片行业的企业,正在加快国产散热片产业链的发展,如今一些国产手机品牌都已采用国产散热片以及国产散热材料。

不过国产的散热片主要还是在中低端市场,高端市场仍然由海外企业控制,强调高技术的苹果仍然主要采用海外散热片企业的产品和材料,凸显出国产散热片技术与海外仍然存着差距,国产散热片行业在技术方面需要加速追赶。

产业前景

石墨烯是战略新兴材料,其技术及应用研究不断深入,进入布局的资本持续增多,但石墨烯价格高昂,且商业化应用不理想,较多企业处于亏损状态。随着技术不断突破,石墨烯价格不断下滑,其应用需求逐步增大。现阶段,石墨烯薄膜在消费电子散热领域已经得到规模化应用,除散热领域外,石墨烯薄膜还可以应用在柔性显示、集成电路、传感器等方面。

在散热方面,石墨烯薄膜同时具有高导热、高柔性特点,且产品厚度薄,可以满足消费电子功能集成化、薄型化发展下的高散热需求,并可以应用在可折叠手机、可穿戴设备等对材料柔性要求高的场景中。目前,智能手机是石墨烯散热薄膜的重要应用市场,2018年以来,我国华为、小米等手机厂商的多款智能手机采用石墨烯薄膜作为主要散热方案。

根据新思界产业研究中心发布的《2022-2026年石墨烯薄膜行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,消费电子高端化发展,将推动散热领域对石墨烯薄膜需求持续增长,预计到2023年,全球散热领域用石墨烯薄膜市场规模将达到23.2亿美元左右。除散热领域外,柔性显示领域将是石墨烯薄膜的另一重要下游市场,石墨烯薄膜作为性能优良的柔性透明导电薄膜,有望替代不能弯曲的ITO(氧化铟锡)薄膜使用,未来市场潜力大。

我国石墨烯薄膜生产商主要有二维碳素、墨希科技、微晶科技、第六元素等,能够批量生产石墨烯散热膜、石墨烯透明导电膜等产品。受市场前景吸引,我国石墨烯薄膜行业规模还在不断扩大。

新思界行业分析人士表示,除了散热与柔性显示领域外,在石墨烯薄膜上结合晶体管等元件制造而成的集成电路,可以实现超高能效柔性透明电子设备生产;以石墨烯薄膜为材料制造传感器,可以采用CMOS加工工艺,大规模批量生产时其成本大幅下降,且产品敏感度更高、功耗更低。从多个下游应用领域来看,石墨烯薄膜市场空间大,未来行业发展前景广阔。

国家创新中心对技术突破及促进应用意义重大

近年来,受到新能源、半导体等产业快速发展的驱动,国内石墨烯市场需求量不断猛增,进而带动整个行业快速发展。数据显示,2021年我国石墨烯行业市场规模已达265亿元,同比增长15.2%。受到产业高速发展的带动,我国石墨烯行业相关企业注册量也随之快速增长。2021年,相关企业注册量超13000家,同比增长79.9%。

从市场格局来看,目前我国石墨烯市场依然保持着“外资企业技术领头,国内企业制造领跑”的竞争格局。其中,本土企业已形成了三大梯队:头部梯队包括贝特瑞、方大碳素、碳元科技、沃特新材料等龙头上市企业,产业规模大,生产线完整;第二梯度包括第六元素、二维碳素、宁波墨西等,基本以老牌企业为主,研发能力、渠道资源优势突出;第三梯队以众多中小型石墨烯相关企业为主,企业规模众多,但整体竞争力偏弱。

作为一个技术、人才和资金高度密集型的前沿新材料产业,石墨烯行业的门槛高,投入大,更需要与下游应用深度融合,充分打开应用市场,因此必须在核心技术、发展模式等各个领域实现创新突破。未来,我国石墨烯产业将进一步发挥赋能传统产业、培育新兴产业的作用,这就需要在国家层面从创新领域做出重大改革,国家石墨烯创新中心的建设启动,无疑符合这个战略规划。

结合我国石墨烯行业的发展格局可以发现,目前行业发展依然存在很多瓶颈。一方面,关键技术仍未突破,制约下游大规模应用。尤其是在柔性显示、电子、光电子等领域,本土企业一直存在制备技术不成熟、工序复杂和成本高等难题。另一方面,虽然行业中也出现了本土龙头企业,但本土企业规模总体偏小,石墨烯产业竞争力不足,近半数属于小微型初创企业。数据显示,目前我国市场上发展10年以上的石墨烯本土企业占比仅为5%。此外,高端应用需求日益增长,对人才、科技和资金等要求越来越高,这就导致产业和市场需求之间出现巨大落差。

正是看到了一系列发展瓶颈和难题,国家用政策力量结合民间技术、资本启动国家石墨烯创新中心建设。按照规划,这个中心将依托宁波石墨烯创新中心有限公司组建,集聚广东、江苏、浙江等14个省份的行业创新力量。数据显示,截至今年4月,我国本土石墨烯企业从区域分布来看,企业数量排名前五的为广东、山东、江苏、浙江和福建等五省。这些省份企业总数占全国总量的50%以上,拥有成熟的石墨烯产业集群,技术、人才优势突出。整合这些关键资源,进而培育更多的产业集群与龙头企业,吸引更多资本,这对于石墨烯产业的未来高质量发展意义重大。

文章来源: 柏铭科技,览富财经网,新思界网

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