重大突破！新型纳米腔重新打破光子限制极限，为量子光子学应用打开新大门【附纳米材料技术赛道观察图谱】
瞻观前沿
一个由欧洲和以色列物理学家组成的团队在量子纳米光子学领域取得重大突破。他们引入了一种新型的极化子腔，并重新定义了光子限制的极限。6日发表在《自然·材料》杂志上的论文详细介绍了这项开创性的工作，展示了一种限制光子的非常规方法，克服了纳米光子学的传统限制。
研究团队此次创造了具有突破以往的亚波长体积和寿命的纳米腔，克服了上述限制。这些纳米腔的面积小于100×100平方纳米，厚度仅为3纳米，限制光的时间要长得多。其关键在于双曲声子极化激元的使用，这种独特的电磁激励发生在形成空腔的二维材料中。与以前不同，此次研究利用了一种新的间接限制机制。研究人员在金衬底上钻了纳米腔。打孔后，他们将二维材料六方氮化硼转移到金衬底上方。这种方法避免了对六方氮化硼的直接塑造，同时保持了其原始质量，从而在腔内实现高度受限和长寿命的光子。
这一成果为量子光子学的新应用和进步打开了大门，打破了此前认为的光子限制极限。下一步，研究人员打算利用这些空腔来观察之前被认为不可能的量子效应，进一步研究双曲声子极化激元行为的有趣而违反直觉的物理学原理。
图片来源：摄图网
技术价值观察
纳米材料产业链上游为原料供应和设备。设备主要包括粉碎、混合/分散、测试等涉及到纳米材料制备、加工的设备。中游环节为纳米材料的生产制备，包括纳米粉体、纳米薄膜、纳米纤维、纳米块体，还包括以此加工形成的纳米复合粉体、纳米磁性液体、纳米涂层材料、纳米改性纤维及金属/陶瓷/塑料基等纳米复合材料。下游包括在电子信息、新能源、生物医药、建筑化工、服装纺织、节能环保、结构增强等领域的应用。
研究团队引入了一种新型纳米腔，重新定义了光子限制的极限。因此，从纳米材料产业链上看，该技术处于产业链的中游环节。
宏观市场观察
——全球纳米材料技术周期：处于成长期
2010-2018年，全球纳米材料行业专利申请人数量及专利申请量均呈现增长态势。虽然2019年开始全球纳米材料行业专利申请人数量波动下降，但是专利申请数量仍在上升，2021年有所下降，但这两大指标数量仍较多。整体来看，全球纳米材料技术处于成长期。
注：横轴为专利申请量;纵轴为申请人数量。
——全球纳米材料行业专利申请量及专利授权量：2019年开始专利数量及授权量均有所下降
2010-2018年全球纳米材料行业专利申请数量呈现逐年增长态势，2019-2021年全球纳米材料行业专利申请数量波动下降，2021年申请量为29953项。
在专利授权方面，2010-2018年全球纳米材料行业专利授权数量逐年增长，2019年开始出现下降趋势，2021年全球纳米材料行业专利授权数量为10346项，授权比重仅为34.54%。
2022年1-10月，全球纳米材料行业专利申请数量和专利授权数量分别为12511项和1798项，授权比重为14.37%。截止2022年10月24日，全球纳米材料行业专利申请数量为31.78万项。
——中国纳米材料市场规模
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。根据Frost & Sullivan数据，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，初步估计2021年中国纳米材料产业市场规模达到1241.5亿元，同比增速达16.2%。
——中国纳米材料行业企业布局及竞争力评价
——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，2027年预计接近4000亿元。
中国纳米材料技术赛道热力图
根据前瞻产业热力图显示，与纳米材料关键技术强关联的城市集群主要集中在华南地区，并且以东莞、深圳市为重点发展区域，未来纳米材料技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南地区优先导入，其中可重点关注广东省东莞市、广东省深圳市的福田区所处纳米材料的相关企业，以及该地方对于纳米材料的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。
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