纳米材料的发展前景是怎么样？

上世纪80年代末，中国政府开始重视纳米材料和技术的研究，90年代中期之后，从事纳米材料生产开发的公司不断增多，社会资金投入也不断增加，纳米材料应用产业兴起。进入二十一世纪，中国纳米材料产业进入稳定、健康的发展阶段。文章通过分析纳米材料重点细分市场情况预见整体行业市场市场的发展现状与前景。

纳米材料产业主要上市公司：贝特瑞(835185)、方大碳素(353917)、银基烯碳(400070)、碳元科技(603133)、沃特新材料(002886)、常州二维碳素(833608)、安泰科技(000969)、金发科技(600143)、中伟股份(300919)、沃特股份(002886)、中科三环(000970)、二维碳素(833608)等

本文核心数据：中国纳米材料市场规模、碳纳米管、石墨烯、纳米级蒙脱土、纳米碳酸钙市场数据

产业发展现状

1、整体市场情况：受技术需求双轮驱动，产业较快增长

近年来，随着纳米材料生产技术的改良及下游需求增加的拉动，纳米材料的市场规模呈现了较快的增长趋势。中国纳米材料产业市场规模由2014年的481.3亿元增长到了2018年的791.0亿元，年复合增长率为13.2%。随着下游市场需求进一步扩大以及相关技术的逐渐成熟，2019年起中国纳米材料产业市场规模增速有所提升，前瞻根据纳米材料产业市场发展情况估计2020年中国纳米材料产业市场规模达到1068.4亿元，同比增速达16.2%。

2、细分市场情况

——碳纳米管：下游产业调整导致短期产品供需失衡

近两年中国新能源汽车市场由于补贴大幅退坡及其他因素影响，市场进入短暂调整期，导致动力电池出货量增速放缓，甚至出现下滑，这导致碳纳米管导电剂出现短期供需失衡，但受益于技术升级的带动，该材料市场增速表现好于下游锂电池市场。同样受益于动力电池市场规模需求的增长，近几年碳纳米管出货量呈现快速增长态势。结合高工产研锂电研究所(GGII)年复合增长率数据，前瞻测算2020年国内碳纳米管出货量达到7.97万吨。

——石墨烯：进入产业化关键期

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，石墨烯产业已经成为了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，产品尚未成熟，产业利润率较低，但市场增长率较高。2018年以来，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、青岛昊鑫、宁波墨西等多家企业已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量100万平方米的石墨烯膜生产线已开建，预计建成后将成为国内第二大石墨烯膜生产线。

2015年到2018年，中国石墨烯产业处于高速发展期。据中国经济信息社数据统计，2015年石墨烯市场规模仅为6亿元，2018年中国石墨烯产业规模约为111亿元，复合增长率高达117%。

在高速发展后，从2019年开始石墨烯产业进入快速平稳发展期，增速有所降低。《2020年中国石墨烯产业发展形势展望》中估算2019年中国石墨烯规模达到120亿元，考虑到疫情的影响，前瞻测算2020年石墨烯市场增速将有所下降，石墨烯市场规模达到126亿元。

——纳米级蒙脱土：产业结构升级优化逐步完成

纳米级蒙脱土在橡胶中应用主要用于橡胶制品改性，主要包括气密性，定伸引力和耐磨性、防腐性、耐侯性、耐化学性等方面的改善。通过加入少量(如3%-5%)的纳米蒙脱土，可以使橡胶的强度、伸长率等性能大幅度提高，有的性能可提高数倍，可替代目前的白碳黑，甚至彻底取代传统的碳黑及其它填料，大大减少污染，是二十一世纪橡胶工业的一场革命。

现阶段，中国橡胶消费量不断增长，纵观2015-2020年中国合成橡胶供需变化情况，结合纳米蒙脱土渗透率，前瞻测算得出2015-2020年中国纳米蒙脱土市场需求量波动上升，2020年约为22.51万吨，由于未来合成橡胶性能改进需求潜力巨大，前瞻认为纳米蒙脱土市场未来景气度较高。

——纳米碳酸钙：市场需求量逐步增长

纳米碳酸钙在国外已有五十年的应用历史，广泛应用于橡胶、塑料、造纸、油墨、涂料、密封胶黏材料等产业。

2016-2019年纳米碳酸钙市场需求量稳步上升，2019年全球纳米碳酸钙市场需求量约为2645万吨。据美国市场研究公司Grand View Research发布的《纳米碳酸钙市场分析及2016-2024年前景预测报告》显示，2016-2024年全球纳米碳酸钙需求量年复合增长率为8.7%，塑料领域纳米碳酸钙用量占市场总量的20%以上，按此Grand View Research预测的趋势，2020年全球纳米碳酸钙需求量约为2883万吨。

具体分析中国纳米碳酸钙市场情况，国外企业依靠强大的研发能力、稳定可靠的产品质量、精良的仪器、良好的品牌信誉，占据了国内大部分高端市场，价格普遍比国产同类产品高1-3倍。近年来国内企业综合竞争实力持续提升，一批实力较强的本土企业也相继涌现，低端、中低端、中端产品市场几乎全部被国内企业占领，中高端产品市场份额也明显提升，高端产品市场正逐步打破外资企业或其在华企业的垄断局面。

结合碳酸钙主要应用产业市场产量增速情况，前瞻经测算，认为目前造纸产业仍是碳酸钙最大的应用领域。2020年中国造纸产业碳酸钙需求占比最大，约为46%第二大消费领域是塑料产业，消费占比为17%橡胶产业需求占比约13%。

结合中国造纸工业协会发布的产业碳酸钙需求及纳米碳酸钙渗透率数据，前瞻测算得出，近年中国纳米碳酸钙需求量逐年上升，由2016年的321万吨逐渐增长至2020年需求量约为448万吨。

产业发展前景

1、整体市场前景：千亿元纳米材料产业市场有待挖掘

“十四五”期间，3D打印用材料、超导材料和智能仿生材料等前沿新材料在工业、电力、通信、军事以及医疗等领域具有巨大商业价值及战略意义，投资关注度将进一步提高。因此，为满足市场应用的迫切需求，金属材料、有机高分子材料、生物材料和复合材料等3D打印用材料将成为未来投资关注热点，随着这些具有颠覆性的前沿新材料关注度将进一步提高，作为相关材料领域内应用频率极高的纳米材料，未来纳米材料产业市场潜力将进一步提升。

根据国家开发投资集团有限公司预测，未来几年，中国新材料产业将延续过去高速增长的强劲势头，到2025年产值将突破10万亿元，发展前景十分广阔前瞻在此基础上进一步预测，到2026年中国新材料产值将达到11.7万亿元左右。伴随新材料产业市场发展，未来纳米材料市场规模也将进一步提升。在生产技术的积累以及下游应用市场进一步推广的环境下，纳米材料未来有望在基础工业材料以及显示器零件的细分市场上有所突破，带动整体市场规模在2025年突破3000亿元，2026年预计突破3700亿元。

——碳纳米管：长期保持高增长趋势

碳纳米管具有很广阔的研究前景，除了在复合材料、显示器、储氢、电容器等方面具有应用潜力外，在半导体电子器件、传感器、吸附材料、电池、催化剂载体等领域也具有非常广阔和诱人的应用前景，具有巨大的开发潜力。未来随着对碳纳米管的相关研究更加深入，碳纳米管将会在更多的领域中产生深远的影响。

根据GGII数据预计，未来中国碳纳米管市场销量将保持高增长趋势，2021年CNT整体市场规模将达10万吨。且随着磷酸铁锂材料的逆袭与高镍材料需求的飞速增长，结合能量密度提升需求，CNT添加比例逐步增加，有望从1.5%逐步提升至2%，结合中国动力电池协会发布的锂电池产业数据，前瞻预测未来CNT市场年均复合增长率将达到58%，2026年将突破90万吨，有望逼近100万吨大关。

——石墨烯：保持中高速稳定增长态势

2021年，除了已经实现商用的锂电池储能和防腐涂料领域，中国石墨烯产业在柔性控制屏和压力传感领域布局正逐步展开，石墨烯产业将进一步完善。下游新兴领域的发展将直接促进中游制造市场的增长，根据中国炭素产业协会《中国炭素产业“十四五”及长远发展规划》听证会议内容纪要数据，预计未来五年中国石墨烯市场规模年复合增长率达到16.57%，2026年中国石墨烯产业市场规模有望突破300亿元。

——纳米蒙脱土：市场前景广阔

由于蒙脱土丰富的资源、便宜的价格和广泛的用途，再加上超常的性能，市场前景非常广阔。蒙脱土的发现和应用是纳米材料研究史上的一个重要的里程碑。结合中国橡胶工业协会发布的下游主要应用市场合成橡胶市场规模预测进行分析，假设纳米级蒙脱土市场渗透率达到4%，对中国纳米级蒙脱土市场规模进行合理预测。2021年整体市场将达到24.55万吨，2026年预计突破40万吨。

——纳米碳酸钙：保持稳定增长趋势

亚太地区经济发展快速，塑料、橡胶、涂料等产业对纳米碳酸钙的需求快速增长，成为全球纳米碳酸钙市场增长的重要动力。据美国市场研究公司Grand View Research发布的纳米碳酸钙预测数据，未来全球纳碳酸钙需求仍将持续稳步增长，年均复合增长率保持在8.5-9.0%左右，前瞻保守估计中国纳米碳酸钙年复合增长率为8.5%，预计到2026年中国纳米碳酸钙需求量将突破730万吨。

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

前瞻基于上述细分市场与竞争格局分析，结合目前中国纳米材料产业技术创新情况，归纳该产业三大发展趋势如下：

更多产业相关数据请参考前瞻产业研究院《中国纳米材料行业发展前景与投资预测分析报告》

行业主要上市企业：目前国内第三代半导体行业的上市公司主要有华润微(688396)、三安光电(600703)、士兰微(600460)、闻泰科技(600745)、新洁能(605111)、露笑科技(002617)、斯达半导(603290)等。

本文核心数据：第三代半导体分类、SiC、GaN电子电力和GaN微波射频产值、SiC、GaN电子电力和GaN微波射频市场规模

行业概况

1、定义

以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AIN)为代表的宽禁带半导体材料，被称为第三代半导体材料，目前发展较为成熟的是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。

与传统材料相比，第三代半导体材料更适合制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件，因此，其为基础制成的第三代半导体具备更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的导热频，以及更强的抗辐射能力等诸多优势，在高温、高频、强辐射等环境下被广泛应用。

第三代半导体主要包括碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、金刚石、氧化锌(ZnO)，其中，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)并称为第三代半导体材料的“双雄”，是第三代半导体材料的典型代表。

2、产业链剖析：产业链涉及多个环节

第三代半导体产业链分为上游原材料供应，中游第三代半导体制造和下游第三代半导体器件环节。上游原材料包括衬底和外延片中游包括第三代版奥体设计、晶圆制造和封装测试下游为第三代半导体器件应用，包括微波射频器件、电力电子器件和光电子器件等。中国第三代半导体行业产业链如下：

第三代产业链各个环节国内均有企业涉足。从事衬底片的国内厂商主要用露笑科技、三安光电、天科合达、山东天岳、维微科技、科恒晶体、镓铝光电等等从事外延片生产的厂商主要有瀚天天成、东莞天域、晶湛半导体、聚能晶源、英诺赛科等。苏州能讯、四川益丰电子、中科院苏州纳米所等从事第三代半导体器件的厂商较多，包括比亚迪半导体、闻泰科技、华润微、士兰微、斯达半导、扬杰科技、泰科天润等。

行业发展历程：兴起的时间较短

中国第三代半导体兴起的时间较短，2013年，科技部863计划首次阿静第三代半导体产业列为国战战略发展产业。

2016年，为第三代半导体发展元年，国务院国家新产业发展小组将第三半导体产业列为发展重点，国内企业扩大第三半导体研发项目投资，行业进入快速发展期。

2018年1月，中车时代电气建成国内第一条6 英寸碳化硅生产线2018年，泰科天润建成了国内第一条碳化硅器件生产线2019年9月，三安集成已建成了国内第一条6英寸氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)外延芯片产线并投入量产。在2020年7月，华润微宣布国内首条6英寸商用SiC晶圆生产线正式量产。

2020年9月，第三代半导体写入“十四五”规划，行业被推向风口。

行业发展现状

1、产值规模逆势增长

随着5G、新能源汽车等市场发展，第三代半导体的需求规模保持高速增长。同时，中美贸易战的影响给国产第三代半导体材料带来了发展良机。2020年在国内大半导体产业增长乏力的大背景下，我国第三代半导体产业实现逆势增长。

2020年我国第三代半导体产业电子电力和射频电子总产值超过100亿元，较2019年同比增长69.5%。

其中，SiC、GaN电子电力产值规模达44.7亿元，同比增长54%GaN微波射频产值达到60.8亿元，同比增长80.3%。

2、产能大幅增长但仍供应不足

根据CASA数据显示截至2020年底，我国SiC导电型衬底折算4英寸产能约40万片/年，SiC-on-SiC外延片折算6英寸产能约为22万片/年，SiC-onSiC器件/模块(4/6英寸兼容)产能约26万片/年。

GaN-on-Si外延片折算6英寸产能约为28万片/年，GaN-on-Si器件/模块折算 6 英寸产能约为22万片/年。

但随着新能源汽车、5G、PD快充等市场的发展，我国国产化第三代半导体产品无法满足庞大的市场需求，目前有超过八成产品依赖进口。可见第三代半导体产品国产化替代空间较大。

3、电力电子器件市场规模接近50亿元

2017-2020年，中国SiC、GaN电力电子器件应用市场快速增长，2020年，SiC、GaN电力电子器件应用市场规模为46.8亿元，同比增长90%。

2020年，我国半导体分立器件的市场规模约3002.6亿元，SiC、GaN电力电子器件的应用渗透率约为1.56%。

目前，GaN主要应用在射频及快充领域。SiC重点应用于新能源汽车和充电桩领域。我国作为全球最大的新能源汽车市场，第三代半导体器件在新能源汽车充电桩领域的渗透快于整车市场，占比达38%消费类电源(PFC)占22%光伏逆变器占了15%工业及商业电源、不间断电源UPS、快充电源、工业电机分别占6%、3%、3%、1%。

2020年，我国GaN微波射频器件市场规模约为66.1亿元，同比增长57.2%。其中国防军事与航天应用规模34.8亿元，成为GaN射频主要拉动因素。

国防军事与航天应用是我国GaN微波射频器件的主要应用领域，2020年市场规模占整个GaN射频器件市场的53%其次是无线基础设施，下游市场占比为36%。

行业竞争格局

1、区域竞争格局：江苏省第三代半导体代表性企业分布最多

当前，我国第三代半导体初步形成了京津冀鲁、长三角、珠三角、闽三角、中西部等五大重点发展区域。

从我国第三代半导体行业产业链企业区域分布来看，第三代半导体行业产业链企业在全国绝大多数省份均有分布。其中河南省第三代半导体企业数量分布最多，同时山东、江苏和甘肃等省份企业数量也相对集中。

从代表性企业分布情况来看，江苏省第三代半导体代表性企业分布最多，如苏州纳维、晶湛半导体、英诺赛科等。同时广东、山东代表性企业也有较多代表性企业分布。

2、企业竞争格局：主流企业加速扩张布局

经过初期的发展，第三代半导体迅速在新能源汽车、5G基站、PD快充等领域应用，市场规模增长迅速。同时，行业内的竞争也逐渐加剧。为了迎合市场需求，抢占市场地位，国内主流半导体企业均加强在第三代半导体产业的布局，扩充第三代半导体的产能。其中，代表性的主流企业有三安光电、中电科55所、泰科天润等。

行业发展前景及趋势预测

1、2025年行业规模有望超过500亿元

第三代半导体已经写入“十四五”规划。在国家政策的支持和下游需求增长的背景下，预计到2021-2025年，我国SiC、GaN电力电子器件应用市场将以45%的年复合增长率增长至2025年的近300亿元GaN微波射频器件市场规模将以25.4%的年均复合增长率增长至2025年的205亿元。2025年第三代半导体整体市场规模有望超过500亿元。

2、国产化进程将加速

未来，在市场竞争趋势方面，我国第三代半导体行业国产化率将会加深在细分产品发展趋势方面，SiC需求将会增长在技术发展趋势方面，大尺寸Si基GaN外延等问题将会有所进展。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国第三代半导体材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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