Markt für 2D-Materialien

Marktdefinition

Der Markt für 2D-Materialien umfasst die Produktion, Entwicklung und Vermarktung von Materialien, die typischerweise nur ein oder zwei Atome dick sind. Diese zweidimensionalen Materialien weisen einzigartige Eigenschaften auf, die sie von ihren Massengegenstücken unterscheiden, einschließlich außergewöhnlicher elektrischer Leitfähigkeit, mechanischer Festigkeit und ausgeprägter optischer Eigenschaften, die sie von Massengegenstücken unterscheiden.

Markt für 2D-MaterialienÜberblick

Die globale Marktgröße für 2D-Materialien wurde im Jahr 2023 auf 1304,8 Millionen US-Dollar geschätzt und wird voraussichtlich von 1344,1 Millionen US-Dollar im Jahr 2024 auf 1730,2 Millionen US-Dollar im Jahr 2031 wachsen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 3,67 % im Prognosezeitraum entspricht.Dieses Wachstum wird durch die steigende Nachfrage nach fortschrittlichen Materialien in Branchen wie Elektronik, Energiespeicherung, Luft- und Raumfahrt und Biotechnologie vorangetrieben.

Es wird erwartet, dass Innovationen bei Graphen, Übergangsmetalldichalkogeniden (TMDs) und anderen 2D-Materialien Innovationen in den Bereichen flexible Elektronik, Hochleistungsbatterien und Quantencomputer fördern und die Marktexpansion vorantreiben.

Es wird erwartet, dass die kontinuierliche Weiterentwicklung der Produktionsmethoden in Verbindung mit steigenden Investitionen in Forschung und Entwicklung die Skalierbarkeit und kommerzielle Realisierbarkeit von 2D-Materialien verbessern wird.

Wichtige Unternehmen, die in der globalen 2D-Materialindustrie tätig sind, sind Graphenea, Inc., Haydale Graphene Industries plc, Versarien™ plc, NanoXplore Inc., Cabot Corporation, ACS Material, Graphene Industries, American Elements, Thomas Swan & Co. Ltd, 2-DTech Graphene, planarTECH, Smart-elements GmbH, Ossila, Nordic Bio-Graphite AB und planarTECH (Holdings) Ltd.

Der Markt profitiert außerdem von der zunehmenden Betonung der Nachhaltigkeit, da 2D-Materialien umweltfreundliche Alternativen für energieeffiziente Geräte, Lösungen für erneuerbare Energien und Elektronik der nächsten Generation bieten. Es wird erwartet, dass die zunehmende Einführung von 2D-Materialien in verschiedenen Sektoren in den kommenden Jahren erheblich zum Marktwachstum beitragen wird.

• Im Januar 2023 ging LayerOne Materials eine Partnerschaft mit 2D Tech ein, um nachhaltige Innovationen auf Graphenbasis voranzutreiben.Diese Zusammenarbeit zielt darauf ab, die Entwicklung umweltfreundlicher Lösungen voranzutreiben, indem die einzigartigen Eigenschaften von Graphen für verschiedene Anwendungen, einschließlich Energiespeicherung und Elektronik, genutzt werden.

Wichtigste Highlights

1. Die globale Marktgröße für 2D-Materialien belief sich im Jahr 2023 auf 1304,8 Millionen US-Dollar.
2. Der Markt soll von 2024 bis 2031 mit einer jährlichen Wachstumsrate von 3,67 % wachsen.
3. Nordamerika hielt im Jahr 2023 einen Anteil von 33,32 % im Wert von 434,7 Mio. USD.
4. Das Graphensegment erwirtschaftete im Jahr 2023 einen Umsatz von 465,9 Millionen US-Dollar.
5. Das Segment Unterhaltungselektronik soll bis 2031 566,3 Millionen US-Dollar erreichen.
6. Der asiatisch-pazifische Raum wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 4,31 % wachsen.

Markttreiber

„Fortschritte in der Elektronik- und Halbleitertechnologie“

Der Markt für 2D-Materialien wird maßgeblich von Fortschritten in der Elektronik- und Halbleitertechnologie beeinflusst. Insbesondere Materialien wie Graphen und Übergangsmetalldichalkogenide (TMDs) weisen außergewöhnliche Eigenschaften auf, darunter eine hohe Elektronenmobilität und Flexibilität, die für die Entwicklung elektronischer Geräte der nächsten Generation von entscheidender Bedeutung sind.

Da die Nachfrage nach kleineren, schnelleren und effizienteren Geräten wächst, stoßen herkömmliche Materialien an ihre Leistungsgrenzen. 2D-Materialien bieten eine Lösung, indem sie kompakte Designs und eine verbesserte Leistung ermöglichen, was sie ideal für flexible Elektronik, Hochleistungstransistoren, Sensoren und Quantencomputing macht.

Ihre potenziellen Anwendungen reichenflexible Elektronik, Hochleistungstransistoren, Sensoren und Quantencomputing. Dieses Potenzial hat zu erheblichen Investitionen und Forschungsarbeiten geführt.

• Im März 2024 organisierten das Graphene Flagship und die Advanced Materials 2030 Initiative einen Online-Workshop, um die vorbereitenden Fortschritte vorzustellen und die Rolle ihrer geplanten Partnerschaft in der Initiative „Advanced Materials for Industrial Leadership“ hervorzuheben.

Marktherausforderung

„Skalierbarkeit und Fertigung“

Skalierbarkeit und Herstellung stellen erhebliche Herausforderungen bei der Kommerzialisierung von 2D-Materialien wie Graphen und TMDs dar. Während die Produktion im Labormaßstab ihr Potenzial gezeigt hat, bleibt die Ausweitung auf industrielles Niveau schwierig.

Bestehende Produktionsmethoden, einschließlich chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), Flüssigphasen-Peeling und mechanischer Spaltung, unterliegen Einschränkungen hinsichtlich Effizienz, Kosten und Konsistenz. Mit CVD können beispielsweise hochwertige Materialien hergestellt werden; Allerdings ist es teuer, langsam und erfordert hohe Temperaturen, was die Skalierbarkeit einschränkt.

Das Flüssigphasen-Peeling ist zwar besser skalierbar, führt jedoch häufig zu einer inkonsistenten Materialqualität und erfordert zusätzliche Schritte zur Entfernung von Lösungsmitteln, was die Komplexität und die Kosten erhöht. Die mechanische Spaltung ist zwar für die Produktion in kleinem Maßstab effektiv, aber arbeitsintensiv und für die Massenproduktion ungeeignet.

Die Rolle-zu-Rolle-Verarbeitung (R2R) bietet eine vielversprechende Lösung und ermöglicht eine kontinuierliche Produktion mit hohem Durchsatz bei reduzierten Kosten. Die Bemühungen zur Verbesserung der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) konzentrieren sich auf die Verbesserung der Effizienz und die Steigerung der Produktionsraten.

Darüber hinaus wird das Flüssigphasen-Peeling optimiert, um qualitativ hochwertigere Materialien in größeren Mengen herzustellen. Um eine gleichbleibende Materialqualität sicherzustellen, wird die Entwicklung automatisierter Hochdurchsatz-Testmethoden vorangetrieben.

Darüber hinaus ist die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie von wesentlicher Bedeutung, um die Entwicklung kostengünstiger, skalierbarer Fertigungslösungen für 2D-Materialien zu beschleunigen.

Markttrend

„Integration von 2D-Materialien mit neuen Technologien“

Ein wichtiger neuer Trend, der den Markt für 2D-Materialien beeinflusst, ist die zunehmende Integration dieser Materialien in neue Technologien, insbesondere in Bereichen wie Quantencomputer, tragbare Geräte und Nanomedizin.

Forscher erforschen das Potenzial von Materialien wie Graphen, MXenen und TMDs, um Durchbrüche in diesen fortschrittlichen Bereichen zu ermöglichen. Beispielsweise werden 2D-Materialien in Quantenpunkten für Quantencomputer, Biosensoren für die medizinische Diagnostik und flexibler, dehnbarer Elektronik für Wearables verwendet.

Mit der Weiterentwicklung dieser Technologien wird erwartet, dass die Nachfrage nach 2D-Materialien wächst, was Innovation und Kommerzialisierung in wachstumsstarken Sektoren fördert. Dieser Trend unterstreicht die wachsende Rolle von 2D-Materialien bei der Gestaltung des technologischen Fortschritts der nächsten Generation.

• Im Mai 2023 erwarb NanoXplore das vollständige Eigentum sowohl an den Anteilen als auch am geistigen Eigentum von VoltaXplore, während Martinrea seinen Anteil an NanoXplore von 21,1 % auf 22,7 % erhöhte. Diese Entwicklung positioniert NanoXplore als wichtigen Akteur im aufstrebenden Markt und treibt möglicherweise weitere Forschung und Investitionen voran.

Schnappschuss des 2D-Materialien-Marktberichts

Marktsegmentierung

• Nach Material (Graphen, Übergangsmetall-Dichalkogenid (TMDC), schwarzer Phosphor und Bornitrid): Das Graphen-Segment erwirtschaftete im Jahr 2023 465,9 Millionen US-Dollar, hauptsächlich aufgrund seiner weiten Verbreitung in Anwendungen wie Elektronik, Energiespeicherung und Sensoren, unterstützt durch seine außergewöhnlichen elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften.
• Nach Anwendung (Unterhaltungselektronik, Luft- und Raumfahrt, Gesundheitswesen, Energie und andere): Das Segment der Unterhaltungselektronik hatte im Jahr 2023 einen Anteil von 33,32 %, was größtenteils auf die steigende Nachfrage nach leichten, flexiblen und leistungsstarken Materialien in Geräten wie Smartphones, Wearables und Displays zurückzuführen ist.

Markt für 2D-MaterialienRegionale Analyse

Basierend auf der Region wurde der globale Markt in Nordamerika, Europa, den asiatisch-pazifischen Raum, den Nahen Osten und Afrika sowie Lateinamerika unterteilt.

Der nordamerikanische Markt für 2D-Materialien erreichte im Jahr 2023 einen Anteil von rund 33,32 % und wird auf 434,7 Millionen US-Dollar geschätzt. Diese Dominanz wird auf die starke Präsenz führender Technologieunternehmen, akademischer Institutionen und Forschungsorganisationen in der Region zurückgeführt, die Innovationen bei fortschrittlichen Materialien vorantreiben.

Insbesondere die Vereinigten Staaten tragen erheblich zu diesem Wachstum bei, indem sie erhebliche Investitionen in Forschung und Entwicklung sowie in die Kommerzialisierung von 2D-Materialien für Anwendungen in der Elektronik, Energiespeicherung und Luft- und Raumfahrt tätigen. Es wird erwartet, dass der zunehmende Einsatz von 2D-Materialien in Branchen wie der Automobilindustrie und dem Gesundheitswesen zum regionalen Marktwachstum beitragen wird.

• Im Dezember 2024 gab das Halbleiter-Startup „Destination 2D“ den erfolgreichen Abschluss der Synthese von hochwertigem Graphen im Wafermaßstab unter CMOS-kompatiblen Prozessbedingungen bekannt und nutzte dabei sein Fachwissen in der Graphen-Prozesstechnologie.

Die 2D-Materialindustrie im asiatisch-pazifischen Raum wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 4,31 % wachsen, was durch eine schnelle Industrialisierung, eine steigende Nachfrage nach fortschrittlicher Elektronik und einen starken Fokus auf energieeffiziente Technologien gekennzeichnet ist.

Länder wie China, Japan und Südkorea stehen an der Spitze der Forschung und Kommerzialisierung und investieren erheblich in Graphen und andere 2D-Materialien für Anwendungen in den Bereichen Halbleiter, Energiespeicherung und erneuerbare Energien.

Es wird erwartet, dass die wachsenden Produktionskapazitäten der Region in Verbindung mit einer günstigen Regierungspolitik zur Förderung von Innovationen in der Nanotechnologie das regionale Marktwachstum weiter beschleunigen werden.

Regulatorische Rahmenbedingungen

• Die USA Umweltschutzbehörde (EPA)verwaltet den Toxic Substances Control Act (TSCA), der die Herstellung, Verwendung und den Vertrieb von Chemikalien, einschließlich Nanomaterialien wie 2D-Materialien, regelt. Gemäß TSCA müssen Hersteller bei der EPA eine Pre-Manufacture Notice (PMN) für neue Chemikalien, einschließlich Graphen und andere 2D-Materialien, einreichen, bevor sie in den Handel gebracht werden.
• Die USA Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde (FDA)bietet Leitlinien zur Verwendung von ISO 10993-1 für die biologische Bewertung von Medizinprodukten. Dieser Standard beschreibt die Bewertung und Prüfung der Biokompatibilität von Materialien wie Graphen und MXenen, die in medizinischen Geräten verwendet werden, um sicherzustellen, dass sie für den menschlichen Gebrauch sicher sind.
• Das Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten (USPTO)überwacht geistige Eigentumsrechte, einschließlich Patente für Innovationen bei 2D-Materialien wie Graphen und Übergangsmetalldichalkogeniden. Sie gewährleistet den Schutz neuartiger Technologien und Verfahren durch ihre Patentprüfungs- und -erteilungsverfahren.
• Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC)ist eine globale Normungsorganisation, die internationale Normen für elektrische, elektronische und verwandte Technologien entwickelt und veröffentlicht. Es spielt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Vorschriften und Rahmenwerken, die die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Interoperabilität neuer Technologien gewährleisten, einschließlich solcher, die 2D-Materialien umfassen.

Wettbewerbslandschaft

Der globale Markt für 2D-Materialien zeichnet sich durch eine Reihe von Teilnehmern aus, darunter sowohl etablierte Unternehmen als auch aufstrebende Akteure. Diese Unternehmen konzentrieren sich auf die Entwicklung von Anwendungen mit 2D-Materialien wie Graphen, Molybdändisulfid und hexagonalem Bornitrid.

Durch strategische Partnerschaften, Joint Ventures und umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsbemühungen (F&E) konzentrieren sich die Akteure der Branche auf die Kommerzialisierung dieser Materialien für fortschrittliche Technologien, einschließlich flexibler Elektronik, Batterien der nächsten Generation uswmedizinische Geräte.

Zahlreiche aufstrebende Startups zielen auf Nischenmärkte ab, insbesondere in Bereichen, in denen 2D-Materialien einen Wettbewerbsvorteil bieten, wie etwa Sensoren, Fotodetektoren und energieeffiziente Geräte.

• Im Juni 2023 forderte die Graphene Flagship and Advanced Materials 2030 Initiative (AMI2030) gemeinsam eine europäische Partnerschaft im Rahmen von Horizon Europe und seinem Nachfolger FP10 im Bereich fortschrittlicher Materialien, einschließlich 2D-Materialien. Diese Initiative zielt darauf ab, die Entwicklung und Kommerzialisierung modernster Materialien zu beschleunigen, wobei der Schwerpunkt auf Graphen und verwandten 2D-Materialien liegt, um Europas weltweite Führungsrolle bei fortschrittlichen Materialtechnologien zu stärken.

Liste der wichtigsten Unternehmen im 2D-Materialien-Markt:

• Graphenea, Inc.
• Haydale Graphene Industries plc
• Versarien™ plc
• NanoXplore Inc.
• Cabot Corporation
• ACS-Material
• Graphenindustrie
• Amerikanische Elemente
• Thomas Swan & Co. Ltd
• 2-DTech Graphen
• planarTECH
• Smart-elements GmbH
• Ossila
• Nordic Bio-Graphit AB
• planarTECH (Holdings) Ltd.

Aktuelle Entwicklungen (M&A/Partnerschaften/Vereinbarungen/Neuprodukteinführung)

• Im Oktober 2024Das Toyota Research Institute of North America (TRINA) und Xanadu, ein führendes Unternehmen im Bereich Quantencomputing, haben ein neues Projekt gestartet, um Quantencomputing zur Weiterentwicklung materialwissenschaftlicher Simulationen zu nutzen. Die Zusammenarbeit unterstreicht die zunehmende Bedeutung des Quantencomputings bei der Bewältigung von Herausforderungen, die traditionell den Fortschritt in der Materialwissenschaft verlangsamt haben.
• Im Januar 2024Eine Zusammenarbeit zwischen Azo Nano-Partnern, der Universität Uppsala und der Columbia University führte zur Entdeckung eines neuartigen zweidimensionalen Quantenmaterials. Dieses aus atomar dünnen Schichten aus Cer, Silizium und Jod (CeSiI) bestehende Material stellt das erste bekannte Beispiel einer zweidimensionalen Struktur mit schweren Fermionen dar und bietet erhebliches Potenzial für Fortschritte in der Quantenmaterialforschung.
• Im Februar 2023Haydale erhielt ein Innovate UK-Stipendium zur Entwicklung einer bildbasierten Charakterisierungstechnik für 2D-Materialien. Ziel des Projekts ist es, die Analyse von Materialien wie Graphen und anderen Nanomaterialien mithilfe bildgebender Technologien voranzutreiben, um deren Eigenschaften und Leistung besser zu verstehen.