纳米技术的应用前景如何？！？
本文核心数据:中国纳米材料市场规模；碳纳米管；石墨烯；纳米蒙脱土；纳米碳酸钙的市场数据
工业概况
1，定义:超细颗粒物质
从广义上讲，纳米材料是以纳米尺度范围内的三维空间中至少有一个维度或以该尺度范围内的物质为基本结构单元的超细颗粒材料的总称。一般认为，纳米材料应该包括两个基本条件:
2.产业链分析:产业链庞大。
纳米材料产业链的上游是原材料和设备的供应。设备主要包括粉碎、混合/分散、测试等与纳米材料制备加工相关的设备。
产业链的中游是纳米材料的生产和制备，包括纳米粉体、纳米薄膜、纳米纤维和纳米块体，以及纳米复合粉体、纳米磁性液体、纳米涂层材料、纳米改性纤维和金属/陶瓷/塑料基体等纳米复合材料。
产业链下游包括电子信息、新能源、生物医药、建筑化工、服装纺织、节能环保、结构加固等领域的应用。
产业发展历程:产业进入快车道
在工程上，纳米材料的制备和应用历史至少可以追溯到1000年前。例如，在中国古代，燃烧蜡烛产生的烟雾被用来制造纳米炭黑，纳米炭黑被用来制造墨水和染料。经分析，中国铜镜表面的防锈层是纳米二氧化锡膜。1990之前，纳米产业处于奠基阶段，1990之后，纳米材料与技术进入快速发展阶段。请参考美国国家科学技术委员会纳米科学、工程与技术分会主席M.C.Roco在美国2002年NSF研讨会上发表的观点。具体开发过程如下:
工业发展现状
1.行业总体情况:在技术需求的推动下，行业发展迅速。
近年来，随着纳米材料生产技术的提高和下游需求的增加，纳米材料的市场规模呈现快速增长趋势。根据弗罗斯特&；
沙利文数据显示，中国纳米材料产业市场规模从2065，438+08年的481.3亿元增长到2065，438+08年的791.0亿元，年复合增长率为13.2%。随着下游市场需求的进一步扩大和相关技术的逐渐成熟，2019年以来，中国纳米材料行业市场规模增速有所上升。展望未来，根据纳米材料产业的市场发展情况，初步预计20216.2年中国纳米材料产业市场规模将达到1241.5亿元。
2.细分市场1:碳纳米管:主要用于锂电池领域
-性能和应用:优异的导电性。
碳纳米管(CNT)是中国已经工业化应用的主要纳米材料之一。作为一种新型碳结构材料，其微观形貌为同轴圆管，管壁由数层碳原子组成，具有规则的六边形结构。径向尺寸(沿管)为微米，轴向尺寸(横截面)为纳米，故称碳纳米管。
随着高能量密度的趋势，碳纳米管的渗透率因其更好的性能而逐年增加。与炭黑相比，碳纳米管具有更好的导电性，在同样的导电效果下，用量仅为炭黑的1/6-1/2。特别是在高镍三元正极材料和硅基正极材料导电性相对较差的情况下，对碳纳米管的需求越来越大。此外，碳纳米管可以在锂电池循环过程中保持良好的电子和离子传导，提高能量密度，大大提高锂电池的循环寿命。因此，碳纳米管作为一种新型导电剂，逐渐应用于锂电池领域，以提高锂电池的导电性、循环寿命和能量密度。
市场现状:碳纳米管已进入“黄金时代”
随着新能源汽车市场的快速发展，对动力电池的倍率、低温、快充和能量密度的要求不断提高。与传统导电剂相比，碳纳米管导电剂可以显著提高电池性能。在高能量密度锂电池需求的推动下，碳纳米管导电浆料的出货量将保持高增长趋势。GGII数据显示，2021中国碳纳米管导电浆料出货量为7.8万吨，同比增长62.5%，2016-2021出货量年复合增长率为41%。2022年，碳纳米管市场渐入佳境。业内预测，2022年有望成为硅碳阳极产业化元年。随着硅碳阳极需求的增加，碳纳米管等支撑材料有望同时受益。GGII预测，2022年中国碳纳米管导电浆料出货量将超过654.38+0.2万吨，2025年将超过32万吨，成为锂电池导电剂领域增长最快的类型，加速传统导电剂的替代。
3.细分市场二:石墨烯:进入产业化关键期
-性能和应用:广泛的潜在应用领域。
石墨烯是一种由碳原子组成的单层片状结构的新材料。它是由sp2杂化轨道的碳原子组成的蜂窝状晶格的六方平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维碳纳米材料。
石墨烯因其优异的导热性和力学性能，在传感器、聚合物纳米复合材料、光电功能材料、药物控制释放等领域显示出许多潜在的应用前景。
-市场规模:逐步走向产业化关键期。
目前，石墨烯产业已经到了从实验室走向产业化的关键时期，成为中国新材料产业乃至制造业实现弯道超车的突破口。
中国石墨烯产业正处于市场导入期，产品不成熟，利润率低，但市场增长率高。2018以来，石墨烯粉体和薄膜的生产规模进一步扩大。粉体方面，常州第六元素、青岛浩鑫、宁波磨溪等多家企业已经拥有国内领先的石墨烯粉体生产线。薄膜方面，长沙暖宇新材料科技公司年产654.38+0万平方米石墨烯薄膜生产线已开工，建成后有望成为全国第二大石墨烯薄膜生产线。
2015年至2018年，我国石墨烯产业处于快速发展期。据中国经济信息社统计，2015年石墨烯市场规模仅为6亿元，中国石墨烯产业20111000亿元，复合增长率为117%。
石墨烯行业经过快速发展，从2019开始进入快速稳定发展期，增速下降。据CGIA和CCID统计，2065.438+09年中国石墨烯规模达到6543.8+02亿元。受疫情影响，2020年石墨烯市场增速下降，石墨烯市场规模达到6543.8+03.5亿元，同比增速为6543.8+02.5%，较前几年明显放缓。
2021年，新冠肺炎疫情对石墨烯行业的影响仍将持续。此外，下游无法实现规模化应用，生产中的企业也未能形成稳定的盈利模式。地方政府和企业对石墨烯的投资也变得更加谨慎。石墨烯产业发展进入平台期，产业规模增速持续放缓。据初步统计，市场规模约为1480亿元。
4.细分市场三:纳米蒙脱土:产业结构升级优化逐步完成。
纳米高分子聚合物材料的添加剂。
纳米蒙脱土是一种具有纳米厚度的硅酸盐层状粘土。它的基本结构单元是2: 1层状结构，由两层二氧化硅四面体片夹着一个铝氧八面体组成。四面体和八面体由氧连接，形成厚度约1nm，长×宽100 nm × 100。这种结构单元层比较疏松，在外力或极性水分子的作用下，层会因相对运动而膨胀或剥离，水分子或其他有机分子可进入层内，使其吸水膨胀，高度分散，具有吸收性。此外，夹层为水合Na+、Ca2+等可交换无机阳离子，蒙脱石四面体中的Si常被A13+取代，八面体中的Al3+常被Mg2+、Fe3+、Fe2+、Ni2+、Li+等取代。，从而在层间产生微弱的负电荷。
蒙脱土由于其独特的层状结构，可以解离成纳米片晶，通过有机阳离子交换反应可以调节蒙脱土片晶的表面活性。蒙脱土具有优异的力学性能、热稳定性和尺寸稳定性。此外，蒙脱土具有良好的分散性，因此可广泛用作聚合物工业中纳米高分子材料的添加剂，以提高抗冲击性、耐疲劳性、尺寸稳定性和气体阻隔性，从而增强聚合物的综合物理性能，改善材料的加工性能。近年来，我国纳米材料产业的基础设施建设规模不断扩大。
-市场规模:波动上升趋势。
纳米蒙脱土在橡胶中的应用主要用于橡胶制品的改性，包括气密性、拉伸强度、耐磨性、耐腐蚀性、耐候性和耐化学性的提高。通过添加少量的纳米蒙脱土(如3%-5%)，可以大大提高橡胶的强度和伸长率，有些性能可以提高数倍，可以替代目前的白炭黑，甚至完全替代传统的炭黑等填料，大大减少污染。这是21世纪橡胶工业的一场革命。目前，中国橡胶的消费量正在增加。纵观2015-2021年我国合成橡胶的供需变化，结合纳米蒙脱土的渗透率(按4%计算)，预测2015-2021年我国纳米蒙脱土的市场需求将继续上升。
5.细分市场4:纳米碳酸钙:市场需求逐渐增加。
-性能和应用:新型超细固体粉末材料
纳米碳酸钙又称超细碳酸钙，是20世纪80年代发展起来的一种新型超细固体粉末材料，其粒径在0.01 ~ 0.1微米之间..由于纳米碳酸钙颗粒的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生了变化，产生了普通碳酸钙不具备的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应。
纳米碳酸钙是最早实现工业化生产的纳米材料之一。市场已经广泛形成，材料应用领域广泛。纳米碳酸钙在塑料工业和橡胶工业中用作填料和增强剂，具有降低产品成本和提高产品质量的双重作用；用作油墨行业、造纸行业、涂料行业的填料，具有增稠、防沉降、提高产品性能、降低产品生产成本的多重功效。
——市场地位:国内企业综合竞争实力不断提升。
纳米碳酸钙在国外已有50年的使用历史，广泛应用于橡胶、塑料、造纸、油墨、油漆、密封胶等行业。
2016-2019年，纳米碳酸钙市场需求稳步增长，2019年全球纳米碳酸钙市场需求约为2645万吨。据美国市场研究公司大观称
据Research发布的《2016-2024年纳米碳酸钙市场分析及前景预测报告》显示，2016-2024年全球纳米碳酸钙需求年复合增长率为8.7%，纳米碳酸钙在塑料中的消费量占市场总量的20%以上。根据这份报告。
根据View Research预测的趋势，2021年全球对纳米碳酸钙的需求约为31.34万吨。
详细分析我国纳米碳酸钙的市场情况，国外企业凭借强大的R&D能力、稳定可靠的产品质量、精良的仪器和良好的品牌口碑，占据了国内大部分高端市场，价格普遍高出国内同类产品1-3倍。近年来，国内企业综合竞争实力不断提升，一批实力雄厚的本土企业相继涌现。几乎所有的低端、中低端和中端产品市场都被国内企业占领，高端产品的市场份额也大幅提升。高端产品市场正在逐步打破外资企业或其在华企业的垄断。
产业竞争格局
1.产业集群:主要集中在苏州和北京。
通过分析中国纳米材料产业的区域格局，发现中国纳米材料产业的主要集聚地在苏州和北京。其中，苏州的纳米产业规模占全国的50%以上。苏州工业园区是世界公认的八大纳米产业集群，形成了纳米新材料、纳米生物技术、能源与清洁技术、微纳加工技术等四大纳米技术核心领域，引领了数百个纳米细分技术领域的发展，培育了苏达威格、南大光电、方静半导体、金夫新材料等龙头企业。
北京在怀柔建设以北京纳米技术产业园为中心的产业集群，致力于纳米技术在能源、电子、环境、生物医药四个领域的应用，以下游应用带动纳米材料、纳米加工、纳米器件等上游产业链的各个环节。拥有北京首创、安泰科技、中科纳新公司、中科纳通公司、吉盛兴泰公司、首科喷雾等一批纳米材料龙头企业。就R&D而言，中国纳米产业已经基本形成了两个各具特色的纳米R&D中心。
2.企业竞争:市场参与者多，多轨布局的企业综合实力强。
竞争方面，目前国内纳米材料行业市场主体众多，市场分散。但由于纳米材料行业的资金和技术壁垒，布局的企业大多具有资金或技术优势。大多数企业专注于特定的赛道，如天奈科技的碳纳米管赛道和第六元素的石墨烯赛道。
工业发展的前景和趋势
1，市场规模:千亿元纳米材料产业市场待挖掘。
“十五”期间，3D打印材料、超导材料、智能仿生材料等前沿新材料在工业、电力、通信、军事、医疗等领域具有重大商业价值和战略意义，投资关注度将进一步提高。因此，为了满足市场应用的迫切需求，金属材料、有机高分子材料、生物材料、复合材料等3D打印材料将成为未来投资的重点。随着这些颠覆性前沿新材料的关注，作为在相关材料领域应用频率较高的纳米材料，纳米材料产业的市场潜力将进一步提升。
据国家开发投资集团有限公司预测，未来几年，我国新材料产业将延续过去高速增长的强劲势头，到2025年产值将超过10万亿元，发展前景十分广阔；在此基础上，进一步预测到2026年我国新材料产值将达到11.7万亿元。随着新材料产业市场的发展，未来纳米材料市场的规模将进一步提高。随着生产技术的积累和下游应用市场的进一步推动，纳米材料未来有望在基础工业材料和显示部件等细分市场取得突破，带动整体市场规模在2025年突破3000亿元，2027年有望接近4000亿元。
2.纳米材料产业发展趋势:下游应用领域需求增长带动市场发展。
前瞻基于对上述细分市场和竞争格局的分析，结合当前我国纳米材料行业的技术创新，将该行业的三大发展趋势总结如下:
有关该行业的更多研究和分析，请参考前瞻产业研究院的《中国纳米材料产业发展前景及投资预测报告》。