Рынок 2D-материалов

Определение рынка

Рынок 2D-материалов включает производство, разработку и коммерциализацию материалов, толщина которых обычно составляет всего один или два атома. Эти двумерные материалы обладают уникальными свойствами, которые отличают их от объемных аналогов, включая исключительную электропроводность, механическую прочность и отличительные оптические характеристики, отличающие их от объемных аналогов.

Рынок 2D-материаловОбзор

Объем мирового рынка 2D-материалов оценивался в 1304,8 млн долларов США в 2023 году и, по прогнозам, вырастет с 1344,1 млн долларов США в 2024 году до 1730,2 млн долларов США к 2031 году, демонстрируя среднегодовой темп роста 3,67% в течение прогнозируемого периода..Этот рост обусловлен растущим спросом на современные материалы в таких отраслях, как электроника, хранение энергии, аэрокосмическая промышленность и биотехнологии.

Ожидается, что инновации в графене, дихалькогенидах переходных металлов (ДМД) и других 2D-материалах будут способствовать инновациям в гибкой электронике, высокопроизводительных батареях и квантовых вычислениях, что будет способствовать расширению рынка.

Ожидается, что постоянное совершенствование методов производства в сочетании с растущими инвестициями в исследования и разработки повысят масштабируемость и коммерческую жизнеспособность 2D-материалов.

Крупнейшими компаниями, работающими в мировой индустрии 2D-материалов, являются 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 и planarTECH. (Холдинг) Лтд.

Рынок получает дополнительную выгоду от растущего внимания к устойчивому развитию: 2D-материалы предлагают экологически чистые альтернативы в энергоэффективных устройствах, решениях в области возобновляемых источников энергии и электронике нового поколения. Ожидается, что растущее внедрение 2D-материалов в различных секторах внесет значительный вклад в рост рынка в ближайшие годы.

• В январе 2023 года LayerOne Materials заключила партнерское соглашение с 2D Tech для продвижения устойчивых инноваций на основе графена.Это сотрудничество направлено на продвижение разработки экологически чистых решений за счет использования уникальных свойств графена для различных применений, включая хранение энергии и электронику.

Ключевые моменты

1. В 2023 году объем мирового рынка 2D-материалов составил 1304,8 миллиона долларов США.
2. Прогнозируется, что рынок будет расти в среднем на 3,67% в период с 2024 по 2031 год.
3. В 2023 году доля Северной Америки составила 33,32% на сумму 434,7 млн ​​долларов США.
4. В 2023 году выручка сегмента графена составила 465,9 млн долларов США.
5. Ожидается, что к 2031 году сегмент бытовой электроники достигнет 566,3 млн долларов США.
6. Ожидается, что в Азиатско-Тихоокеанском регионе среднегодовой темп роста составит 4,31% в течение прогнозируемого периода.

Драйвер рынка

«Достижения в области электроники и полупроводниковых технологий»

На рынок 2D-материалов значительное влияние оказывают достижения в области электроники и полупроводниковых технологий. Примечательно, что такие материалы, как графен и дихалькогениды переходных металлов (ДМД), демонстрируют исключительные свойства, в том числе высокую подвижность и гибкость электронов, которые имеют решающее значение для разработки электронных устройств следующего поколения.

По мере роста спроса на меньшие, более быстрые и эффективные устройства традиционные материалы приближаются к пределу своих возможностей. 2D-материалы обеспечивают решение, обеспечивая компактность конструкции и повышенную производительность, что делает их идеальными для гибкой электроники, высокопроизводительных транзисторов, датчиков и квантовых вычислений.

Их потенциальное применение охватываетгибкая электроника, высокопроизводительные транзисторы, датчики и квантовые вычисления. Этот потенциал привел к значительным инвестициям и исследованиям.

• В марте 2024 года компания Graphene Flagship и инициатива «Передовые материалы 2030» организовали онлайн-семинар, чтобы представить подготовительный прогресс и обозначить предлагаемую роль партнерства в инициативе «Передовые материалы для промышленного лидерства».

Рыночный вызов

«Масштабируемость и производство»

Масштабируемость и производство создают серьезные проблемы при коммерциализации 2D-материалов, таких как графен и TMD. Хотя производство в лабораторных масштабах показало свой потенциал, его масштабирование до промышленного уровня по-прежнему затруднено.

Существующие методы производства, включая химическое осаждение из паровой фазы (CVD), жидкофазное отшелушивание и механическое расщепление, сталкиваются с ограничениями в эффективности, стоимости и стабильности. Например, CVD может производить высококачественные материалы; однако он дорогой, медленный и требует высоких температур, что ограничивает масштабируемость.

Жидкофазное отшелушивание, хотя и более масштабируемо, часто приводит к нестабильному качеству материала и требует дополнительных шагов по удалению растворителей, что увеличивает сложность и стоимость. Механическое расщепление, хотя и эффективно для мелкосерийного производства, трудоемко и непригодно для массового производства.

Рулонная обработка (R2R) предлагает многообещающее решение, обеспечивающее непрерывное производство с высокой производительностью и меньшими затратами. Усилия по совершенствованию химического осаждения из паровой фазы (CVD) сосредоточены на повышении эффективности и увеличении производительности.

Кроме того, жидкофазное отшелушивание оптимизируется для производства материалов более высокого качества в больших количествах. Для обеспечения стабильного качества материалов разрабатываются автоматизированные методы высокопроизводительного тестирования.

Кроме того, сотрудничество между научными кругами и промышленностью имеет важное значение для ускорения разработки экономически эффективных и масштабируемых производственных решений для 2D-материалов.

Рыночный тренд

«Интеграция 2D-материалов с новейшими технологиями»

Основной новой тенденцией, влияющей на рынок 2D-материалов, является растущая интеграция этих материалов с новыми технологиями, особенно в таких областях, как квантовые вычисления, носимые устройства и наномедицина.

Исследователи изучают потенциал таких материалов, как графен, MXenes и TMD, чтобы обеспечить прорыв в этих передовых областях. Например, 2D-материалы используются в квантовых точках для квантовых вычислений, биосенсорах для медицинской диагностики и гибкой, растягивающейся электронике для носимых устройств.

Ожидается, что по мере развития этих технологий спрос на 2D-материалы будет расти, что будет способствовать инновациям и коммерциализации в быстрорастущих секторах. Эта тенденция подчеркивает растущую роль 2D-материалов в формировании технологических достижений следующего поколения.

• В мае 2023 года NanoXplore приобрела полную собственность как на акции, так и на интеллектуальную собственность VoltaXplore, а Martinrea увеличила свою долю в NanoXplore с 21,1% до 22,7%. Эта разработка позиционирует NanoXplore как ключевого игрока на развивающемся рынке, потенциально стимулируя дальнейшие исследования и инвестиции.

Снимок 2D-отчета о рынке материалов

Сегментация рынка

• По материалу (графен, дихалькогенид переходного металла (TMDC), черный фосфор и нитрид бора): Сегмент графена заработал 465,9 миллиона долларов США в 2023 году, главным образом благодаря его широкому распространению в таких приложениях, как электроника, хранение энергии и датчики, а также его исключительным электрическим, термическим и механическим свойствам.
• По применению (бытовая электроника, аэрокосмическая промышленность, здравоохранение, энергетика и другие): доля сегмента бытовой электроники в 2023 году составила 33,32 %, что во многом объясняется растущим спросом на легкие, гибкие и высокопроизводительные материалы для таких устройств, как смартфоны, носимые устройства и дисплеи.

Рынок 2D-материаловРегиональный анализ

В зависимости от региона мировой рынок подразделяется на Северную Америку, Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион, Ближний Восток и Африку и Латинскую Америку.

В 2023 году доля рынка 2D-материалов Северной Америки составила около 33,32% на сумму 434,7 млн ​​долларов США. Такое доминирование объясняется сильным присутствием в регионе ведущих технологических компаний, академических институтов и исследовательских организаций, внедряющих инновации в области передовых материалов.

Соединенные Штаты, в частности, вносят значительный вклад в этот рост, осуществляя значительные инвестиции в НИОКР и коммерциализацию 2D-материалов для применения в электронике, хранении энергии и аэрокосмической отрасли. Ожидается, что растущее внедрение 2D-материалов в таких отраслях, как автомобилестроение и здравоохранение, будет способствовать росту регионального рынка.

• В декабре 2024 года полупроводниковый стартап Destination 2D объявил об успешном синтезе высококачественного графена в масштабе пластины в условиях процесса, совместимого с КМОП, используя свой опыт в технологии производства графена.

Азиатско-Тихоокеанская индустрия 2D-материалов будет расти в среднем на 4,31% в течение прогнозируемого периода, что будет характеризоваться быстрой индустриализацией, растущим спросом на передовую электронику и сильным акцентом на энергоэффективные технологии.

Такие страны, как Китай, Япония и Южная Корея, находятся в авангарде исследований и коммерциализации, осуществляя крупные инвестиции в графен и другие 2D-материалы для применения в полупроводниках, хранении энергии и возобновляемых источниках энергии.

Ожидается, что расширяющиеся производственные возможности региона в сочетании с благоприятной государственной политикой, поддерживающей инновации в области нанотехнологий, будут способствовать дальнейшему ускорению роста регионального рынка.

Нормативно-правовая база

• США Агентство по охране окружающей среды (EPA)управляет Законом о контроле над токсичными веществами (TSCA), который регулирует производство, использование и распространение химических веществ, включая наноматериалы, такие как 2D-материалы. В соответствии с TSCA производители должны подать в Агентство по охране окружающей среды уведомление о предварительном производстве (PMN) для новых химических веществ, включая графен и другие 2D-материалы, прежде чем они будут введены в продажу.
• США Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA)содержит руководство по использованию ISO 10993-1 для биологической оценки медицинских изделий. Этот стандарт описывает оценку и тестирование биосовместимости таких материалов, как графен и MXenes, используемых в медицинских устройствах, чтобы гарантировать их безопасность для использования человеком.
• Ведомство США по патентам и товарным знакам (USPTO)курирует права интеллектуальной собственности, включая патенты на инновации в 2D-материалах, таких как графен и дихалькогениды переходных металлов. Он обеспечивает защиту новых технологий и процессов посредством процедур патентной экспертизы и выдачи патентов.
• Международная электротехническая комиссия (МЭК)— глобальная организация по стандартизации, которая разрабатывает и публикует международные стандарты для электрических, электронных и связанных с ними технологий. Он играет ключевую роль в разработке правил и рамок, обеспечивающих безопасность, надежность и совместимость новых технологий, в том числе тех, которые связаны с 2D-материалами.

Конкурентная среда

Глобальный рынок 2D-материалов характеризуется наличием множества участников, включая как признанные корпорации, так и новые игроки. Эти компании сосредоточены на разработке приложений с использованием 2D-материалов, таких как графен, дисульфид молибдена и гексагональный нитрид бора.

Благодаря стратегическому партнерству, совместным предприятиям и обширным исследованиям и разработкам (НИОКР) игроки отрасли сосредотачивают усилия на коммерциализации этих материалов для передовых технологий, включая гибкую электронику, батареи нового поколения имедицинское оборудование.

Многочисленные новые стартапы нацелены на нишевые рынки, особенно в тех областях, где 2D-материалы предлагают конкурентное преимущество, таких как датчики, фотодетекторы и энергоэффективные устройства.

• В июне 2023 года Инициатива «Флагман графена и передовые материалы 2030» (AMI2030) совместно призвала к европейскому партнерству в рамках Horizon Europe и его преемника FP10 в области современных материалов, включая 2D-материалы. Эта инициатива направлена ​​на ускорение разработки и коммерциализации передовых материалов с особым упором на графен и связанные с ним 2D-материалы, чтобы укрепить глобальное лидерство Европы в технологиях передовых материалов.

Список ключевых компаний на рынке 2D-материалов:

• Графенея, Инк..
• Haydale Graphene Industries plc
• Версариен™ plc
• НаноЭксплор Инк.
• Кэбот Корпорейшн
• Материал АКС
• Графеновая промышленность
• Американские элементы
• Томас Свон и Ко. Лтд.
• 2-DТех Графен
• планарТЕХ
• Смарт-Элементс ГмбХ
• Оссила
• Нордик Био-Графит AB
• ПланарТЕХ (Холдинг) Лтд.

Последние события (M&A/Партнерство/Соглашения/Выпуск нового продукта)

• В октябре 2024 г., Североамериканский научно-исследовательский институт Toyota (TRINA) и Xanadu, лидер в области квантовых вычислений, запустили новый проект по использованию квантовых вычислений для продвижения моделирования в области материаловедения. Это сотрудничество подчеркивает растущее значение квантовых вычислений в преодолении проблем, которые традиционно замедляли прогресс в материаловедении.
• В январе 2024 г., сотрудничество партнеров Azo Nano, Уппсальского университета и Колумбийского университета привело к открытию нового двумерного квантового материала. Этот материал, состоящий из слоев церия, кремния и йода (CeSiI) толщиной в атом, представляет собой первый известный пример двумерной структуры с тяжелыми фермионами, предлагающий значительный потенциал для развития исследований квантовых материалов.
• В феврале 2023 г.Хейдейл получил грант Innovate UK на разработку метода определения характеристик 2D-материалов на основе изображений. Целью проекта является продвижение анализа таких материалов, как графен и другие наноматериалы, с использованием технологий визуализации, чтобы лучше понять их свойства и характеристики.