Grafeen is ’s werelds eerste substantie in de categorie van tweedimensionale materialen.
Sinds de allereerste isolatie van grafeen in 2003 wist het materiaal de aandacht van wetenschappers, onderzoekers, investeerders en de industrie te veroveren. Momenteel is het grootste struikelblok om grafeen in grote getallen te kunnen invoeren in applicaties voor de reële wereld de geschikte productiemethode van het grafeen voor de vorm die nodig is voor menig van die applicaties, inclusief de mogelijkheid om grote kwalitatieve oppervlakken te bekomen.
In normale omstandigheden kan het drie, vier tot vijf decennia duren vooraleer een nieuw materiaal de markt betreedt. Grafeen heeft het voordeel dat het superieure eigenschappen bezit en daardoor wereldwijd veel volk (bedrijven, overheden, universiteiten) op de been krijgt om onderzoek naar de mogelijkheden te verrichten.
Het grote Europa sluit ook aan en steekt een miljard euro in grafeen-onderzoek, meteen de grootste som aan subsidiegelden ooit toegekend in de EU, met als ultiem doel een soort Graphene Valley te kunnen starten op Europese gronden.
Het helpt grafeen ook vooruit dat het materiaal een voorgeschiedenis heeft in koolstofbuisjes – of opgerold grafeen – en onderzoekers dus al over een grote database van kennis beschikken. Wetenschappelijke conclusies worden vaak in berekening gebracht via tweedimensionale modellen, een factor die enigszins invloed kan hebben op de snelheid waarmee grafeen de commerciële markt kan bereiken.
Het feit dat men niet uit het oog mag verliezen is dat er zich heel wat acties opdringen om het wondermateriaal tot in een grafeen gebaseerd eindproduct te krijgen. Heel wat spelers uit verschillende industrieën proberen gezamenlijk een soort van ketting te vormen – een stappenplan – om de verschillende acties die nodig zijn op elkaar af te stemmen en het proces te bespoedigen en voordeliger te maken.
Tussen de verschillende spelers in de verschillende productiestages zijn er logischerwijs heel wat partnerships aan het ontstaan in de zoektocht naar succes.
Hier, in het verslag, worden ter illustratie de verschillende spelers in de nakende grafeenindustrie opgesplitst in vier categorieën; Mijnindustrie, producenten, leveranciers van grafeen en leveranciers van productieapparatuur, exclusieve grafeen bedrijven en eindproducenten.
Mijnindustrie
De industrie moet eerst en vooral grafeen zien te oogsten op de ene of andere manier.
Grafeen is een enkele laag van grafiet, een erts dat wordt ontgint in mijnen.
Belangrijke spelers, aan de start van het verhaal, als cruciale schakels in de ketting, zijn dus mijnbedrijven, ontginners voor het bekomen van ruw onbehandeld grafiet. Grafiet mijnen zijn verspreidt over de hele wereld, zelfs tot in het Belgische Limburg.
Maar niet alle grondgebieden leveren dezelfde hoogwaardige kwalitatieve erts aan.
Op internationaal niveau is het vooral China dat een ontzettend sterk marktaandeel heeft wat betreft de omvang in voorraden grafiet, en daar volop economisch voordeel probeert uit te halen. Daarbij komt dat de bestuurders van het land van de rijzende zon enkele jaren geleden een welbedachte strategische zet ondernamen door grafiet te laten klasseren onder rare en zeldzame aardmaterialen.
Alle bedrijven die genoteerd staan op de lijst met dynamische informatiegegevens en vernoemd worden in dit artikel vertonen enig verband met verschillende grafeen bedrijven en/of onderzoek. Weet dat slechts een uiterst klein deel van de algehele grafietmarkt bestemd is voor de grafeen industrie.
De voornaamste deelnemers in deze sectie van het terrein zijn: Alabama Graphite, Mega Graphite, Northern Graphite, Talga Resources, Mason Graphite, Focus Graphite, China Carbon Graphite Group, Saint Jean Carbon, Lomiko, Grafoid en RS Mines.
Ga verder naar de sectie – Mijnindustrie
Producenten, groeiers, leveranciers en leveranciers van productieapparatuur
In deze stage zijn we reeds voorbij het mijnen en ontginnen maar nog steeds in bezit van ruw grafiet.
Eenmaal in het bezit van ruw grafiet dient men dit te behandelen naargelang de vorm nodig in de gewenste applicatie. Er bestaan verschillende methoden om het ruw grafiet te gaan behandelen om de gewenste vorm van grafeen te bekomen.
Een van die methoden om grafiet tot grafeen te behandelen is mechanische afschilfering. De methode die in gebruik werd genomen door het team van Andre Geim en Konstantin Novoselov om voor het eerst een enkele laag te isoleren. Daarnaast zijn er nog populaire methoden zoals chemische of elektrochemische exfoliatie.
Verscheidene producenten nemen meerdere processen in gebruik om een groter assortiment aan grafeen producten te kunnen voorleggen aan de consument, terwijl ze continu onderzoek doen om hun methodes te verbeteren, aan te scherpen en kosteneffectief te maken.
Nog een andere manier om grafeen te bekomen is door het materiaal synthetisch te groeien op een substraat via een chemisch depositieproces of CVD. Dit proces vereist geen ruw grafiet. CVD is een methode waarbij gassen, zoals helium of methaan, de voorlopers vormen van het koolstofvlak door blootstelling aan enorm hete temperaturen.
CVD is een methode die al langer wordt toegepast in de halfgeleiderindustrie.
Vaak wordt het grafeen eerst gegroeid op een substraat om dan later te worden losgeweekt met behulp van een chemische agent. Wetenschappers gebruiken graag dergelijk geteelde oppervlakken in hun onderzoeken omdat deze manier in het winnen van grafeen resulteert in een stabiele kwaliteit van de vlakken, wat uiteraard ten goede komt van het onderzoek. Grotere oppervlakken grafeen gegroeid via de CVD methode resulteren (nog) niet altijd in een uitstekende kwaliteit.
Groeiers en producenten worden in de eerste plaats voorzien van apparatuur door aanbieders van CVD machines voor de grafeenindustrie. Vooraleer producenten hun gegroeide grafeen kunnen uitbesteden aan bedrijven of universiteiten is het cruciaal om het nodige materiaal en gepaste machines in huis te hebben om kwalitatief materiaal te kunnen vervaardigen.
De twee voornaamste en meest dominante pionnen in het segment van toeleveranciers zijn Aixtron en CVD equipment Corporation.
De betere groeiers, producenten en leveranciers van grafeen zijn onder meer: AGP, of Advanced Graphene Products, Graphenea, Graphene Square, Haydale, Graphene Supermarket (Graphene Laboratories), Bt-Corp, Asbury Carbons, 2-DTech, GrafenTek, Graphenenano, NanoInnova Technologies, R-Nano, ZhongTuo Materials Technology, Graphene Leaders Canada en Graphene Platform Corp.
Tussen de producenten uit de tweede stage en de eindproducenten kan men in principe nog een extra laag tussen voegen: Bedrijven die geavanceerde grafeen componenten bouwen zoals, AMO en Bluestone. Deze bedrijven maken en verdelen componenten voor moderne technologieën zoals grafeen transistors en fotodetectors en sensoren.
Ga verder naar de sectie – Leveranciers en producenten
Eindproducenten
In de laatste fase van het grafeen productie stappenplan komen de eindproducenten aan bod.
Voorafgegaan door fundamenteel onderzoek om de eigenschappen en de mogelijkheden van het materiaal te kunnen benutten en zo mogelijk te implanteren in applicaties voor massaproductie.
Eindproducenten zoals Boeing, Samsung, Apple, Huawei, Tesla Motors, IBM, Intel en het Nederlandse Philips investeren allen samen tientallen miljarden dollars om grafeen op de kaart te krijgen als basismateriaal voor een nieuwe generatie van applicaties en toepassingen en/of ter verbetering van de huidige systemen.
Daarnaast bieden zich heel wat nieuwe mogelijkheden aan voor start-ups die hun kans willen wagen met nagelnieuwe en ongeziene producten.
Zo wist het wondermateriaal ondertussen zijn weg te vinden in het professionele sportsegment en wordt het inmiddels gebruikt ter versteviging van tennis- en badmintonrackets door Head, wordt het toegepast in in het aanmaken van ski’s, boards tot zelfs banden en velgen in de wielrennerij via de input van het Italiaanse bedrijf Vittoria.
Gevestigde spelers worden simpelweg geen keuze gelaten om mee te gaan in het grafeen avontuur aangezien de concurrentie moordend is, en het belang wellicht te groot.
Het materiaal zal in de toekomst een grote rol spelen in de assemblage en uitrol van heel wat technologieën voor de energiesector omtrent de verbetering van batterijen, supercondensatoren, en andere energieopslagapparatuur, verwarmingssystemen, zonnepanelen, warmteboilers en etc.
Grafeen kan nut hebben als versteviging in bouwmaterialen, dienst doen in de auto- en luchtvaartindustrie, ruimtevaart, de halfgeleiderindustrie en waterzuiveringsindustrie.
Grafeen is een uitstekend kandidaat om de huidige en oprukkende innovaties zoals IoT (Internet of Things), flexibele elektronica, 3D printen, Big Data, artificiële intelligentie, spintronica, als nieuwe applicaties in de fotonica, thuisbatterijen en andere technologieën een hart onder riem te steken en deze te ondersteunen met de aangeboden superieure geleidende, thermische en mechanische eigenschappen.
Er dreigt een ruim scala in het aanbod van eindproducenten, apart van de eerder vernoemde bedrijven in deze categorie luiden de meeste bekende als volgt: CrayoNano, BASF, LG, Nokia, QuantumWise, Sony, Lockheed Martin, Sandisk, Edison Company, Rolls Royce, Sunvault Energy, GlaxoSmithKline, Kia, Hyundai, Kimberly-Clark, Xerox, Honda, Bayer, Vorbeck, CalBattery, Micron Technology, Toyota, McLaren, …
Ga verder naar de sectie – bedrijven en eindproducenten
Exclusieve grafeen bedrijven
Onder deze sectie worden bedrijven geplaatst die uitsluitend en exclusief aan grafeen werken en zich inzetten om het materiaal te introduceren in technologieën zoals 3D printen en flexibele elektronica.
Het bedrijf dat momenteel in aanmerking komt om deze categorie op te vullen is Graphene Labs 3D, zusterbedrijf van Graphene Laboratories.
Een Amerikaans bedrijf dat gespecialiseerd is in de ontwikkeling, productie en marketing van eigen grafeen – gebaseerde nano-composietmaterialen voor verschillende soorten van 3D-printen, met inbegrip van gesmolten filament fabricage.
Het bedrijf is ook betrokken bij het ontwerp, de fabricage en marketing van 3D-printers en aanverwante producten voor binnenlandse en internationale klanten.