顯示用金屬銦即將耗盡可替代材料：石墨烯和銀納米線

銦與中國顯示面板產業(yè)

近日平板顯示產業(yè)專業(yè)研究機構NPD DisplaySearch報告預計，到2015年將有八座8代面板廠已建設完成并量產，分別是京東方北京B4、京東方合肥B5、京東方長清B8、中電熊貓南京Gen 8、華星光電深圳Fab #1、華星光電深圳Fab #2、LG Display廣州以及Samsung Display 蘇州。

NPD DisplaySearch 方面認為， 中國大陸的面板廠之所以積極擴展產能，主要是受到了相關因素驅動：首先，目前Open-Cell (液晶電視面板半成品)的中國進口關稅為5%，三年前只有3%；其次，中國國內電視市場正在快速增長；再次，對面板供貨商而言，政府的鼓勵和補貼也很重要。

從報告上可以看出，面板產業(yè)在中國正進入大發(fā)展時期，對于產業(yè)的上下游形成實質性利好。行業(yè)整體的出貨目標每年都有兩位數以上的增長。

銦由于其獨特的透光導電物理特性，使其成為LED顯示屏液晶面板的不可或缺的原材料。銦參與顯示面板行業(yè)，首先是上游企業(yè)加工粗銦，之后是提煉精銦，高純銦，最后是ITO靶材。近年來以信息技術為中心的新產業(yè)已經興起，銦錫氧化物(ITO)做為透明電極，具有可見光透過率95%以上、紫外線吸收率70%以上、對微波衰減率85%以上的優(yōu)點，且導電和加工性能好、膜層耐磨和耐腐蝕，是目前不可替代的透明導電膜。主要應用各類平板顯示器上，該領域對銦的消費量占到了全球銦產量的75%左右。

對于ITO靶材，我國之前一直處于技術弱勢的局面，國際高端ITO靶材由JX日礦日石金屬、日本三井礦業(yè)、日本東曹、韓國三星[微博]、德國及美國的少數幾家公司所壟斷。在2012年年末，我國在ITO靶材方面取得技術突破。2012年10月，科技部在北京組織召開了“十一五”國家科技支撐計劃“銦、鋁深加工關鍵技術攻關與產品開發(fā)”重點項目驗收會上，燒結法制備ITO靶材新技術，生產出超高密度高性能ITO靶材，建設了一條年產10萬噸的試驗生產線，打破了國外技術壟斷。

國內技術的突破，業(yè)內人士表示，會從兩方面影響整個面板行業(yè)：一、技術的進步促使國產化的逐步應用，帶動生產成本下降。二、對于國內的銦上游企業(yè)的價格形成利好，擺脫原來只能壓價出口的不利情況。

目前全球銦的保有量只有1.6萬噸，中國的銦保有量約1萬噸，全球占比達到62%。接下來是秘魯的580噸、加拿大的560噸、美國的450噸，分別占全球保有量的3.6%、3.5%、2.7%，比較可知，銦是中國在儲量上占據絕對優(yōu)勢的資源。

從顯示面板的出貨量看，對于銦在面板領域的需求會有2位數以上的增加。但從產量看，實際上從2007年爆發(fā)金融危機以來，由于需求萎縮，中國的銦產量是逐年減少的。國內也已經逐漸認識到了銦作為一種國家戰(zhàn)略資源的重要性，從2007年就開始實施出口配額制度。提高行業(yè)準入門檻、控制開采總量、實行更嚴格的出口配額、推動行業(yè)整合、并實施戰(zhàn)略收儲等一系列政策，逐步收緊對銦的供給。

生產商將面臨利用其他材料代替銦生產觸摸屏幕的挑戰(zhàn)

隨著銦金屬礦藏的即將耗盡，智能手機、平板電腦和觸摸屏筆記本電腦生產商將面臨利用其他材料生產觸摸屏幕的挑戰(zhàn)。

未來幾年，智能手機、平板電腦和其他現代電子設備生產商將不得不開發(fā)新的材料用于觸摸屏的生產。因為，用于現代顯示器關鍵元器件生產的金屬——銦材料即將耗盡。前不久，在美國舊金山Semicon West（美國西部半導體展）工業(yè)研討會上對這一問題進行了深入討論。

現代觸摸屏的表面都有一層銦錫氧化物，借助該層氧化物，才能對屏幕進行按壓。使用銦金屬，主要是因為它有較好的透明性和導電性。

GigaOM（美國科技網站）的專家強調，考慮到全球觸摸屏設備生產數量不斷增長，未來幾年，該類產品的生產商將不得不在工業(yè)領域開發(fā)新的金屬替代材料。

NPD DisplaySearch的數據顯示，2013年，全球電子設備觸摸屏總面積同比將增長兩倍，達到2550萬平方米，2012年約為1200萬平方米。預計到2015年，觸摸屏生產面積將達到3590萬平方米。

專家指出，隨著觸摸屏筆記本電腦市場的不斷擴大，全球市場對觸摸屏的需求還將大幅增長。

最有潛力替代氧化銦錫的金屬材料是石墨烯，即從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料。Nanotech Biomachines公司首席執(zhí)行官 Will Martinez在會議現場展示了由石墨烯覆蓋的透明片，這一透明薄片在經過反復彎曲后表現出了絲毫不遜于氧化銦錫的抗變形性能。

另一種在未來也有可能應用的替代性材料是銀納米線，它也可以用于柔性顯示器的生產。在實驗室的條件下，覆蓋該種材料的顯示面板可以被彎曲10萬次左右而沒有變形的跡象。

Juniper Research公司專家認為，石墨烯和銀納米線不僅可以替代氧化銦錫，還能用于生產更加耐磨的柔性顯示器。該公司專家預計，2013年～2017年，穿戴式電子設備市場規(guī)模將增長4.5倍，從1500萬部增長到7000萬部。

NDP DisplaySearch公司專家認為，關于金屬銦礦藏資源即將耗盡的問題在此前也曾討論過。在未來幾年內，全球市場將出現更多的替代材料和技術，研發(fā)者之間甚至會出現競爭。除了石墨烯和銀納米線外，其他的透明導電性氧化物和各類聚合薄膜也將逐步進入市場。

　　可代替材料一：石墨烯

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料。是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩(wěn)定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"；導熱系數高達5300 W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率*超過15000 cm&sup2；/V·s，又比納米碳管或硅晶體*高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。[!--empirenews.page--]

石墨烯另一個特性，是能夠在常溫下觀察到量子霍爾效應。

石墨烯的碳原子排列與石墨的單原子層雷同，是碳原子以sp2混成軌域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列構成的單層二維晶體。石墨烯可想像為由碳原子和其共價鍵所形成的原子尺寸網。石墨烯的命名來自英文的graphite(石墨) + -ene(烯類結尾)。石墨烯被認為是平面多環(huán)芳香烴原子晶體。

石墨烯的結構非常穩(wěn)定，碳碳鍵（carbon-carbon bond）僅為1.42&Aring；。石墨烯內部的碳原子之間的連接很柔韌，當施加外力于石墨烯時，碳原子面會彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應外力，從而保持結構穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結構使石墨烯具有優(yōu)秀的導熱性。

石墨烯是構成下列碳同素異形體的基本單元：石墨，木炭，碳納米管和富勒烯。完美的石墨烯是二維的，它只包括六邊形(等角六邊形)； 如果有五邊形和七邊形存在，則會構成石墨烯的缺陷。12個五角形石墨烯會共同形成富勒烯。

石墨烯卷成圓桶形可以用為碳納米管；另外石墨烯還被做成彈道晶體管（ballistic transistor）并且吸引了大批科學家的興趣 。在2006年3月，佐治亞理工學院研究員宣布， 他們成功地制造了石墨烯平面場效應晶體管，并觀測到了量子干涉效應，并基于此結果，研究出以石墨烯為基材的電路。

石墨烯是合適的OLED材料嗎？

據美國斯坦福大學研究人員表示，較之目前普遍用于有機LED(OLED)顯示器透明電極的稀有且昂貴的氧化銦錫(ITO)，石墨烯(graphene)可以提供成本更低、更薄、速度更快的替代方案，從而規(guī)避ITO短缺的問題，并為柔性顯示器的開發(fā)鋪平道路。

要在大面積的基板上直接制作石墨烯已證明是十分困難的。然而斯坦福大學的研究團隊聲稱已經成功開發(fā)出一種更價廉的、以溶液為基礎的旋轉涂布(spin-coating)散射技術，可用來制作透明的石墨烯OLED陽極。

現在的有機顯示器采用無機ITO制作用于開關像素的透明電極，但由于這種材料同時也運用在LCD平板制造中，故成本高昂，供應不足。而斯坦福的研究人員表示，石墨烯的成本只有ITO的百分之一不到。

此外，與ITO相比，石墨烯的電子遷移率較高，能把電極做得更薄、更透明，導電性也更好。這些優(yōu)勢大大有利于超薄柔性OLED顯示器的開發(fā)。

為了提升該材料在石英基板上的導電性，這些研究人員使用了真空退火(vacuum annealing)工藝，不過目前他們正在嘗試取消這一步驟，因為據稱這種改進將有可能實現低溫下在柔性塑料基板上制作石墨烯電極。

石墨烯取代銦三星OLED電視量產有望

韓國教育科學技術部（Ministry of Education， Science and Technology）1月發(fā)表的最新可撓式透明電極（transparent， flexible electrode）以銀奈米線（silver nanowire）取代昂貴且稀有的銦，未來可望藉此開發(fā)出表現更優(yōu)秀、成本更便宜的顯示面板。透明電極是OLED（有機發(fā)光二極管）的重要元件。

傳統(tǒng)的電極采用銦制成透明導電膜，銦屬于稀土的一種，不但產量稀少，且其僵硬的材質也難以應用于可撓式面板。教育科學技術部表示，平均每1，000公斤的礦石中只能找到0.05公克的銦。

最新研發(fā)出的透明電極是由成均館大學（Sungkyunkwan University）教授Lee Hyo-young以及三星電機（Samsung Electro-Mechanics）研究團隊共同開發(fā)而出，采用的是透明且可撓的銀奈米線以及能夠防止銀氧化的石墨烯奈米薄片（graphene oxide nanosheet）。三星電機為三星電子（Samsung Electronics）子公司。

Lee表示，這項研究預料將對市場產生重大影響，主因銀奈米線、石墨烯奈米薄片的生產難度都低于銦，同時也能進行量產。

未來這項技術也許能夠獲得三星電子采用。三星甫于1月在拉斯維加斯消費電子展（CES）展出搭載最新可撓式OLED屏幕“Youm”的智能型手機。AppleInsider、CNET News 1月9日報導，三星展示了一款搭載可撓式Youm屏幕的Windows Phone智能型手機，以及一款屏幕延伸至邊框的智能機。

上述屏幕延伸至邊框的智能機可讓使用者在手機側面看到最新更新的訊息。三星顯示實驗室資深副總裁Brian Berkeley指出，Youm技術能讓三星的伙伴開發(fā)出可曲撓、卷起甚至摺迭的屏幕。

韓國對可撓式裝置的發(fā)展非常迅速。教育科學技術部甫于1月15日發(fā)表全球第一顆可轉?。╥mprintable）、彎曲（bendable）的鋰離子電池，能夠加快最新可撓式行動裝置的發(fā)展。這款可充電電池并未采用傳統(tǒng)的液體電解質（liquefied electrolytes），而是使用奈米材質（nanomaterials），能夠覆蓋任何表面，進而創(chuàng)造類似流體的高分子電解質（fluid-like polymer electrolytes）。類似流體的高分子電解質不但可讓電池被彎曲，而且還更加穩(wěn)定。

石墨烯：卷起你的顯示屏

看上去很專業(yè)的名字石墨烯，其實在我們身邊很容易找到。

用鉛筆寫字時，鉛筆痕中就很可能有數十甚至上百層的石墨烯。單層石墨烯只有一個碳原子的厚度，約為頭發(fā)的20萬分之一。

物理學家一直認為隨物質厚度的降低，它變成蒸汽的溫度也會急劇減小，當減小到單分子層時就會變得極不穩(wěn)定，從而斷定只有單原子厚度的石墨烯不可能單獨存在。

直到2010年，英國科學家海姆(Geim)和諾沃洛夫(Novoselov)憑借在實驗中從石墨中分離出石墨烯，證實石墨烯可以單獨存在，因此獲得當年的諾貝爾物理學獎。組委會曾對二人的研究做出了高度評價，認為這也許能和“愛迪生發(fā)明電燈一樣偉大”。

兩人的獲獎讓人印象深刻之處在于，他們成功分離出石墨烯的工具，竟然是膠帶紙。

海姆和團隊成員將石墨片放置在塑料膠帶中， 折疊膠帶粘住石墨薄片的兩側，撕開膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復這一過程，就可以得到越來越薄的石墨薄片，而其中部分樣品僅由一層碳原子構成——他們制得了石墨烯。

當然，人們歡呼這項成果的原因，是石墨烯特殊的性能和極為寬廣的應用前景。石墨烯導電性像銅一樣優(yōu)秀，導熱性超過任何材料。它透明，僅有2.3%的垂直入射可見光會被吸收，而絕大部分的光會穿過；它至密，連最小的氣體分子氫原子都不能穿過。所以它是做柔軟的透明電極、超快光電感應設備的絕佳原材料，可以應用于制造太陽能電池板和手機觸摸屏等。[!--empirenews.page--]

美國加州大學利用石墨烯研制成光學調制解調器，有望將網速提高1萬倍；美國NANOTEK儀器公司開發(fā)出新的儲能設備，可以將充電時間由數小時減為1分鐘，有望解決電動汽車的電池充電問題；

韓國三星公司和成均館大學的研究人員則主要致力于用石墨烯制造柔性觸摸屏。據美國麻省理工學院《技術評論》雜志報道，韓國研究人員在一個63厘米寬的柔性透明玻璃纖維巨制板上，制造出了一塊電視機大小的純石墨烯。這是迄今為止“塊頭”最大的石墨烯塊，隨后，他們用該石墨烯塊制造出了一塊柔性觸摸屏。

由于石墨烯這種優(yōu)異的柔韌性，或許在未來，我們手里的智能手機和上網本可以以另一種方式攜帶，比如卷起來夾在耳朵上，塞在口袋里，或者圍在手腕上。

輝銳科技投資1.5億美元發(fā)展大面積石墨烯柔性觸控屏

世界各地不同的頂尖科學研究中心均在開發(fā)石墨烯的發(fā)展?jié)摿?。石墨烯是一種高度靈活的新材料，它比鉆石還要強硬，但卻柔韌有彈性。石墨烯是目前世界上最好的電導體及熱導體，應用范圍廣泛。自2004年由諾貝爾物理學獎得獎者康斯坦丁.諾沃肖洛夫教授及物理學家安德烈.海姆成功地在實驗中分離出石墨烯，石墨烯已嬴得21世紀革命性新材料的美譽。輝銳科技( 公司 )是一家石墨烯技術發(fā)展公司，率先進軍大面積石墨烯柔性觸控屏市場，并獲專業(yè)的科技行業(yè)投資基金IDG資本入股成為其股東之一。輝銳科技營銷總裁梁子沖先生指公司計劃于未來3年投資共1.5億美元發(fā)展石墨烯移動設備市場。

梁先生表示 石墨烯柔性觸控屏較傳統(tǒng)的ITO觸控屏具有多方面的優(yōu)勢。石墨烯柔性觸控屏可以折迭，能適用于所有形狀及大小不規(guī)則的面板類型，節(jié)省用電，并展現出更佳的性能。更重要的是，石墨烯觸控屏的成本更低，對制造商及消費者來說都是ITO觸控屏的最佳替代品。輝銳科技正迎來一個巨大的市場，擁有龐大的未來發(fā)展?jié)摿Α?/p>

輝銳科技的研發(fā)團隊由約50名科研專才組成，專注研究石墨烯及其商業(yè)應用，并已累積了非常豐富的經驗。梁先生續(xù)稱 我們是石墨烯柔性觸控屏市場的先行者，能制造大面積的柔性觸控屏。此技術為我們提供無限的發(fā)展?jié)摿?，包括在手機平板計算機及便攜式電子顯示屏等市場。目前為止，市場對我們的產品原型反應非常熱烈。

石墨烯是只有一個原子厚度的碳原子。這種特殊的原子排列使石墨烯擁有獨一無二的特性。石墨烯是一流的電導體及熱導體，電流在石墨烯的流動速度比在任何其它已知的材料都快。熱能在石墨烯的傳遞迅速，使其成為目前為止最好的熱導體。最重要的是，石墨烯是目前世界上最薄及最強硬的材料。

可代替材料二：銀納米線

納米線是一種納米尺度(1納米=10^-9米)的線。 換一種說法，納米線可以被定義為一種具有在橫向上被限制在100納米以下（縱向沒有限制）的一維結構。這種尺度上，量子力學效應很重要，因此也被稱作"量子線"。根據組成材料的不同，納米線可分為不同的類型，包括金屬納米線（如：Ni，Pt，Au等），半導體納米線（如：InP，Si，GaN 等）和絕緣體納米線（如：SiO2，TiO2等）。分子納米線由重復的分子元組成，可以是有機的（如：DNA）或者是無機的（如：Mo6S9-xIx）?！∽鳛榧{米技術的一個重要組成部分，納米線可以被用來制作超小電路?！°y納米線除具有銀優(yōu)良的導電性之外，由于納米級別的尺寸效應，還具有優(yōu)異的透光性、耐曲撓性。因此被視為是最有可能替代傳統(tǒng)ITO透明電極的材料，為實現柔性、可彎折LED顯示、觸摸屏等提供了可能，并已有大量的研究將其應用于薄膜太陽能電池。此外由于銀納米線的大長徑比效應，使其在導電膠、導熱膠等方面的應用中也具有突出的優(yōu)勢。

性能

高比表面積，導電性，導熱性 ，納米光學性質

1、表面等離子體效應：表面等離子體（Surface Plasmons，SPs）是指在金屬表面存在的自由振動的電子與光子相互作用產生的沿著金屬表面?zhèn)鞑サ碾娮邮杳懿ā?/p> 12345678

2、銀是電的良導體，其電阻率低，導電率高，將納米銀線應用于導電層將收集的電流導出，與TCO半導體相比可以降低能損。

3、如果用粒徑小于可見光的入射波長的納米銀線，可以使銀線排列的非常密集，該技術能增加太陽能電池的銀電極的集流面積。且不阻擋光的透過，同時還能利用光的衍射等特性，充分吸收光能。

銀納米線搶占大尺寸觸控導電膜地盤

銀納米線（Silver Nanowire）正逐步瓜分銦錫氧化物（ITO）在大尺寸觸控面板導電膜材料市占。個人電腦（PC）品牌商為提供更好的人機操作界面，紛紛在超輕薄筆電（Ultrabook）與一體成型（AIO）電腦中導入觸控屏幕，但卻面臨極大的成本考驗，遂讓更具成本優(yōu)勢的銀納米線趁勢崛起，與ITO在中大尺寸觸控面板導電膜材料市場互別苗頭。

Cambrios總裁暨執(zhí)行長John LeMoncheck表示，在微軟（Microsoft）力推Windows 8作業(yè)系統(tǒng)之下，Ultrabook和AIO PC品牌商正加速展開配備中大尺寸觸控屏幕的產品線部署，藉此支援更多元化的人機界面功能，突顯旗下產品的差異化，壯大市場版圖。

Cambrios總裁暨執(zhí)行長John LeMoncheck表示，由于Ultrabook及AIO PC所配備的中大尺寸觸控屏幕占整體成本比重較高，因此銀納米線導電膜在中大尺寸觸控面板市場，將較小尺寸觸控屏幕更易突顯成本競爭力。

LeMoncheck進一步指出，隨著觸控屏幕的尺寸加大，Ultrabook及AIO PC品牌商所須負擔的觸控面板BOM成本亦跟著上漲，成為Ultrabook與AIO PC品牌商及其觸控面板供應商面臨的一大開發(fā)難題。

然而，現今在觸控面板中已被廣泛應用的ITO導電膜材料，價格已難再有下降空間，也因此，具更高成本競爭力的銀納米線正在中大尺寸觸控面板市場異軍突起，與ITO角逐中大尺寸觸控屏幕導電膜材料市場主流寶座。

LeMoncheck強調，銀納米線導電膜材料采用卷對卷（R2R）涂布（Coating）制程，以及材料本身價格便宜且無需真空設備，因此具備低生產成本且量大的效益。

銀納米線除具備價格優(yōu)勢之外，亦兼顧高導電率、輕薄及高透光性，LeMoncheck認為，相較于小尺寸觸控屏幕，中大尺寸觸控屏幕對于觸控的精準度要求更加嚴苛，預期搭載高導電率導電膜的比重將逐漸攀升。Cambrios生產的銀納米線導電膜材料ClearOhm導電率高達每平方10？300歐姆（Ohm），因此可助力整合銀納米線導電膜的觸控感測器，提供回應更快的觸控界面。[!--empirenews.page--]

此外，由于銀納米線透光度高，背光源的亮度可降低，因此可為觸控面板達成省電效益。目前樂金（LG）、中南創(chuàng)發(fā)等PC品牌商采用ClearOhm的終端產品已面市。