Marche des MXenes (carbures et nitrures 2D) - Par composition, par technologie de synthese, par application - Previsions mondiales, 2025 - 2034

Taille du marché des MXènes (carbures et nitrures 2D)

Le marché mondial des MXènes (carbures et nitrures 2D) était évalué à 67 millions de dollars en 2024. Le marché devrait croître de 125 millions de dollars en 2025 à 1,94 milliard de dollars en 2034, avec un TCAC de 35,6 %, selon le dernier rapport publié par Global Market Insights Inc. Les principaux moteurs de croissance incluent les récentes avancées en nanotechnologie, la nouvelle demande en matériaux avancés et les investissements croissants dans le stockage d'énergie et l'électronique.

Les MXènes, une sous-classe de carbures, nitrures et carbonitrures de métaux de transition 2D dérivés des phases MAX, se présentent comme des matériaux très utiles grâce à leur combinaison distinctive de conductivité métallique, d'hydrophilie, de chimie de surface et de flexibilité mécanique.

Un facteur clé de croissance est la commercialisation croissante des systèmes de stockage d'énergie avancés, tels que les batteries Li-Ion, Na-ion et Zn-ion. Les MXènes tels que Ti₃C₂T_x ont montré des propriétés électrochimiques extrêmement favorables, telles qu'une capacité volumétrique élevée (~1500 F/cm³) et un transport rapide des ions, pour les applications d'anodes et de supercondensateurs de nouvelle génération. L'électrification des secteurs automobile et électrique entraîne une forte demande de matériaux efficaces, et les MXènes sont positionnés comme des matériaux à haute valeur ajoutée dans la chaîne d'approvisionnement mondiale des matériaux énergétiques.

L'industrie de l'électronique et des télécommunications est également un domaine d'application important. Avec une conductivité électrique exceptionnelle (~10 000 S/cm) et de bonnes performances de blindage EMI (>60 dB pour les films minces), les MXènes sont intégrés dans les électronique flexibles, les matériaux d'antenne, le blindage RF et les capteurs. La demande en matériaux de blindage EMI devrait croître à un TCAC significatif et les MXènes se présentent comme des alternatives légères et haute performance aux solutions métalliques traditionnelles.

Dans l'industrie biomédicale et de la santé, les MXènes ont des applications révolutionnaires dans la biosensorisation, la délivrance de médicaments, la thérapie photothermique et les revêtements antibactériens. Des découvertes récentes de biocompatibilité et de propriétés d'inhibition bactérienne pour les MXènes Ti₃C₂T_x  et Nb₂C ont émergé. L'accent croissant du secteur de la santé sur les dispositifs nano-activés, les diagnostics peu invasifs et les dispositifs d'accès intelligents ouvre de nouveaux sous-marchés de plusieurs millions de dollars pour les matériaux fonctionnalisés à base de MXène en Amérique du Nord, en Europe et en Asie-Pacifique.

Tendances du marché des MXènes (carbures et nitrures 2D)

• L'essor du hf-free comme norme commerciale : L'attaque chimique humide conventionnelle à base de HF soulève de véritables préoccupations en matière de toxicité, de corrosion et de goulots d'étranglement réglementaires pour les applications industrielles à grande échelle.  Dans ce contexte, les entreprises et les centres de recherche ont développé des stratégies de génération in situ de fluorures (par exemple, LiF + HCl) et d'attaque par sels fondus qui sont plus sûres, évolutives et / ou rentables.  Par exemple, le paysage des brevets associé à l'attaque sans HF a augmenté de 64 % entre 2020 et 2023, selon l'Office européen des brevets (OEB), indiquant un fort intérêt industriel.
  
• Augmentation de la demande pour les applications de stockage d'énergie non satisfaites : Les MXènes, en particulier Ti₃C₂T_x et Nb₂Les MXènes sont stratégiquement positionnés pour combler les lacunes des marchés caractérisés par des technologies de stockage d'énergie à haut débit et grande capacité.  Alors que les batteries lithium-ion ont dominé le paysage du stockage d'énergie, les limitations associées à la densité de puissance, au temps de charge et au cycle de vie continuent de freiner leur déploiement à plus grande échelle sur le marché.  Les MXènes peuvent offrir un mélange distinct de conductivité métallique, de faibles barrières à la diffusion et de surfaces hydrophiles favorables qui peuvent donner des capacités de charge/décharge ultra-rapides tout en maintenant une stabilité à long terme.
  
• Consortia financés par le gouvernement pour l'innovation dans les MXènes : Le ministère chinois des Sciences et Technologies (MOST) a consacré près de 40 millions de dollars américains aux laboratoires axés sur les MXènes de 2021 à 2023. Le projet Graphene Flagship de l'UE et l'Initiative nationale coréenne en nanotechnologie ont inclus les MXènes dans des clusters plus larges pour les politiques sur les matériaux 2D. Dans tous ces cas, une approche descendante est en action pour faciliter une plus grande collaboration académique-industrielle, une activité de brevets et une commercialisation précoce des MXènes par le biais d'incubateurs technologiques et de programmes de licence.
  
• MXènes spécifiques à l'application via fonctionnalisation et personnalisation : Une autre tendance particulièrement évidente dans la R&D des MXènes est celle des MXènes fonctionnalisés en surface et optimisés pour l'espace d'application, visant à répondre à divers secteurs industriels, allant du blindage CEM aux dispositifs biomédicaux. La recherche est désormais orientée vers des groupes de terminaison contrôlés (–O, –OH, –Cl, –Br) et des hétérostructures multicouches afin d'atteindre une plus grande spécificité envers les cibles de service utilisateur tout en améliorant la stabilité des produits.
  

Analyse du marché des MXènes (carbures et nitrures 2D)

Sur la base de la composition, le marché est divisé en MXènes à site M mono-élémentaire, MXènes à site M multi-élémentaire, composition du site X et terminaison de surface. Le segment des MXènes à site M mono-élémentaire a généré un chiffre d'affaires de 34,7 millions de dollars en 2024 et de 989,9 millions de dollars en 2034, avec un TCAC de 35,4 %.

• Le segment des MXènes à site M mono-élémentaire a la plus grande part de marché des types de composition des MXènes. Les raisons de sa forte part de marché sont dues à la scalabilité démontrée dans la synthèse et à la performance élevée continue dans plusieurs applications importantes. La majorité des produits MXènes commerciaux et académiques sur le marché ou développés à ce jour sont basés sur les Ti-MXènes, principalement Ti₃C₂T_x en tant que premier et le plus étudié des MXènes à ce jour. La voie de synthèse bien définie, la reproductibilité et la performance démontrée ont positionné les Ti-MXènes à un point où le développement industriel des MXènes est réalisable.
  
• Du point de vue de la performance, les MXènes mono-élémentaires (M= (par exemple, Ti₂C, Ti₃C₂, Mo₂C, & Nb₂C)) ont montré d'excellentes propriétés, notamment une conductivité électronique élevée (>10 000 S/cm), une chimie de surface ajustable et plusieurs états d'oxydation. Ces caractéristiques en font un bon candidat pour les secteurs à forte demande de l'industrie, par exemple, les supercondensateurs, les batteries lithium-ion, le blindage contre les interférences électromagnétiques et les biocapteurs.
  
• La plupart des travaux actuels en science des matériaux et en fonctionnalisation de surface impliquant de nouveaux matériaux tels que les techniques de synthèse sans fluor, les schémas améliorés de résistance à l'oxydation et les composites polymère-MXène entrent dans cette catégorie. Ces matériaux sont les modèles de base pour les MXènes modifiés ou spécifiques à une application, ajoutant à leur importance commerciale et académique.
  
• Cette catégorie est également précieuse en raison de l'avantage économique. Les phases MAX à base de titane et de molybdène sont quelque peu moins chères et plus facilement disponibles dans le monde que des éléments tels que Ta, Hf, et des composés à haute entropie rares. Il existe des méthodes établies et des méthodes de production et des protocoles pour fabriquer des MXènes à base de Ti qui améliorent le rendement et la sécurité, tout en réduisant les coûts et les risques de fabrication, en relation avec l'objectif de mise à l'échelle et de commercialisation.
  

En fonction de l'application, le marché des MXènes (carbures et nitrures 2D) est divisé en stockage et conversion d'énergie, électronique et télécommunications, environnement et traitement de l'eau, biomédical et santé, automobile et transport, aérospatial et défense. En 2024, le segment de stockage et conversion d'énergie détenait la plus grande part de marché, représentant 39,8 % de part.

• Les MXènes 2D tels que Ti₃C₂T_x et Nb₂C ont été mis en avant pour une combinaison optimale de conductivité de type métallique élevée, de surfaces redox-actives et de grandes structures en couches contenant des canaux pour intercaler des ions, les rendant idéaux pour un transport d'ions rapide et efficace ainsi qu'un stockage de charge à haute capacité de surface.
  
• Dans les batteries lithium-ion et sodium-ion, les MXènes ont été proposés pour une utilisation comme anodes à haute capacité en raison des faibles barrières thermodynamiques (ou de diffusion) (~0,017 eV pour Li⁺) et du fort comportement pseudocapacitif qui peut être attendu. Des études ont rapporté que les anodes Ti₃C₂T_x atteignent des capacités spécifiques de l'ordre de 380-450 mAh/g et une cyclabilité de plus de 2000 cycles.
  
• Le segment du marché des supercondensateurs est également considéré comme un sous-segment à fort impact où les MXènes permettent une capacitance volumétrique ultra-élevée (~1500 F/cm³) et surpassent le charbon actif, en particulier avec les conceptions et les exigences d'espace actuelles, avec un déplacement vers des dispositifs hybrides capacitifs pour une utilisation dans les systèmes de freinage régénératif et l'équilibrage du réseau.
  
• En outre, les innovations concernant les encres à base de MXène pour les supercondensateurs flexibles et portables gagnent également en traction dans les marchés de l'électronique grand public et de l'Internet des objets (IoT).
  

Marché nord-américain des MXènes (carbures et nitrures 2D)

• Les États-Unis continuent d'être l'autorité principale en matière de recherche fondamentale sur les MXènes, représentant les contributions de l'Université Drexel, le lieu de naissance des MXènes en 2011. L'écosystème d'innovation américain est toujours orienté vers le développement de la propriété intellectuelle, des applications pour des produits de grade militaire et des voies de synthèse qui peuvent être évolutives et alignées sur la sécurité environnementale.
  
• Le financement gouvernemental continue de stimuler la recherche sur les MXènes qui facilitera finalement des applications de grade militaire. Des entités telles que le Département de l'Énergie (DOE), la NSF et la DARPA ont fourni des financements pour des projets qui développeront des systèmes de blindage CEM à base de MXène, des systèmes hybrides d'alimentation et des capteurs biosensoriels portables.
  
• Sur le plan commercial, plusieurs startups et entreprises de deep-tech, dont Adden Energy, 2D Layer et MXeneTech, commencent à développer des efforts de mise à l'échelle, dans de nombreux cas, aux côtés des laboratoires nationaux ou des entreprises de défense. Les entreprises étudient la synthèse à l'échelle pilote en rouleau à rouleau, la gravure sans HF et la production de flocons ultra-larges pour des applications dans les semi-conducteurs et les systèmes aérospatiaux.
  

Marché européen des MXènes (carbures et nitrures 2D)

• Le marché des cultures spécialisées d'huile en Europe est fortement orienté vers la durabilité, la traçabilité et la production biologique, avec des pays comme la France, l'Allemagne et l'Italie en tête. Un nombre croissant d'huiles spécialisées telles que l'huile d'olive, l'huile de colza et l'huile de lin voient leur demande augmenter, et à la fois la politique agricole commune (PAC) de l'Union européenne et les initiatives du Green Deal encouragent les pratiques agricoles respectueuses de l'environnement qui soutiennent la production croissante de cultures d'huile spécialisées. En conséquence, l'industrie européenne des cultures d'huile spécialisées connaît une croissance en raison de l'importance de l'industrie agroalimentaire transformée et de la sensibilisation des consommateurs à la santé et au bien-être.
  
• À l'est, l'Ukraine et la Roumanie se développent comme des fournisseurs majeurs d'huile de tournesol et d'huile de colza, grâce à un climat favorable et aux nombreuses acres de terres arables dont disposent ces pays. Ces pays investissent désormais dans leurs opérations agricoles ainsi que dans leurs capacités de transformation, ce qui a amélioré le rendement et la qualité, faisant de l'Europe de l'Est un fournisseur important pour l'Europe de l'Ouest et au-delà.
  

Marché des MXènes (carbures et nitrures 2D) en Asie-Pacifique

• L'industrie chinoise des MXènes (carbures et nitrures 2D) a généré un chiffre d'affaires de 12,2 millions de dollars en 2024. Le marché chinois devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 35,9 %, atteignant 360,1 millions de dollars d'ici 2034, grâce à l'augmentation de la consommation.
  
• La Chine est actuellement en tête de la commercialisation des MXènes, grâce à son contrôle complet des matériaux précurseurs et des capacités de fabrication, ainsi qu'aux capacités de R&D soutenues par le gouvernement. Plusieurs initiatives existantes ont spécifiquement priorisé les polymères 2D avancés, les carbures et les nitrures - collectivement appelés nanomatériaux - pour le stockage d'énergie, la défense et les applications biomédicales.
  
• Une tendance particulièrement pertinente pour les MXènes est la mise à l'échelle commerciale des poudres et suspensions à base de Ti₃C₂T_x. Des entreprises en Chine, telles que Beijing Beike New Materials et Suzhou Tudeng Materials, ainsi que des startups lancées par des chercheurs universitaires, ont commencé à augmenter la production en utilisant à la fois la synthèse sans HF et la synthèse mécanochimique idéale pour la fabrication.

Marché des MXènes (carbures et nitrures 2D) en Amérique latine

• Le marché des cultures spécialisées d'huile en Amérique latine est alimenté par des facteurs agroclimatiques favorables et une orientation à l'exportation ; le Brésil et l'Argentine sont les deux plus grands producteurs d'huile de soja et d'huile de tournesol, mais les tendances montrent une orientation vers les cultures de niche/micro, telles que le chia et le sacha inchi. Les incitations gouvernementales pour les pratiques agricoles durables et la transformation à valeur ajoutée favorisent l'émergence de cultures d'huile spécialisées en concert avec les commodités existantes. Au Brésil, la préférence pour le biodiesel et les initiatives renouvelables pour la production d'énergie ouvrent des perspectives pour les cultures d'huile.
  

Marché des MXènes (carbures et nitrures 2D) au Moyen-Orient et en Afrique

• Le MEA offre une diversité de paysages pour les cultures spécialisées, avec des exemples de pays d'Afrique du Nord comme le Maroc et la Tunisie, qui sont un exemple de production supérieure d'huile d'olive. Les programmes gouvernementaux promouvant le secteur de l'olive en revitalisant la production et en développant les exportations grâce à des investissements dans l'amélioration de la qualité et des plans de certification. Le MEA commence également à capitaliser sur son héritage agricole et son climat adapté aux cultures d'huile comme une nouvelle source de cultures d'huile spécialisées à haute valeur ajoutée.
  

Part de marché des MXènes (carbures et nitrures 2D)

Top 5 entreprises dans l'industrie des MXènes (carbures et nitrures 2D) sont Beike 2D Materials Co., Ltd., ACS Material LLC, 6Carbon Technology (Shenzhen) Co., Ltd., Nanjing XFNANO Materials Tech Co., Ltd., et Sigma-Aldrich (Merck KGaA). La dynamique concurrentielle du marché mondial des MXènes est encore en évolution mais se concentre davantage sur une fusion d'émanations académiques, d'entreprises de deep-tech et d'entreprises de matériaux avancés, en particulier des États-Unis, de la Chine et de l'Europe.

La concurrence se fait à la fois sur la pureté des matériaux et l'échelle de production, la profondeur des innovations brevetées et les méthodes de synthèse à faible toxicité. Par exemple, nous voyons Adden Energy avec une position de leader dans les produits scalables en rouleau à rouleau de films de Ti₃C₂T_x développés pour les supercondensateurs, et Beike New Materials se concentre sur les approvisionnements en poudres en vrac de type MXènes optimisés pour les applications lithium-ion. La plupart des entreprises s'alignent avec les institutions de recherche pour co-développer des fonctionnalisations spécifiques aux applications d'intérêt.

Étant donné le stade naissant du marché, l'innovation produit est généralement plus significative que le prix. Les entreprises développent des méthodes sans HF et vertes ; des technologies pour ajuster les terminaisons de surface ; et des intégrations au niveau du dispositif. En termes de valeur stratégique, même si l'innovation est importante, elle dépend également des brevets qui forment les formulations, et des partenariats pour l'efficacité de la mise sur le marché.

Entreprises du marché des MXènes (carbures et nitrures 2D)

• Adden Energy : Adden Energy est une entreprise issue de Harvard University développant des capacités de production scalable de MXène pour une utilisation dans les batteries à l'état solide et les supercondensateurs. L'entreprise utilise une plateforme de synthèse propriétaire en rouleau à rouleau pour produire des films Ti₃C₂  de grand format pour des applications dans les véhicules électriques, le stockage sur le réseau, et se concentre sur la sécurité environnementale de l'utilisation de la gravure sans HF.
  
• Beike New Materials : Beike est l'un des plus grands fournisseurs commerciaux de MXènes en Chine, y compris les poudres de Ti₃C₂T_x et de Nb₂C MXène pour les OEM de batteries et autres intégrateurs de nanomatériaux. Beike entretient des liens étroits avec l'Université de Tsinghua, s'appuyant sur une approche hybride de l'innovation basée sur la recherche et maintenant un modèle à faible coût, verticalement intégré pour une production industrielle à grande échelle et rentable.
  
• 2D Layer : 2D Layer développe des revêtements multifonctionnels à base de MXène pour des applications dans le blindage CEM, l'aérospatial et les capteurs pour wearables. L'entreprise possède une forte propriété intellectuelle dans la capacité à contrôler les terminaisons de surface des matériaux et la formation de films conducteurs. Elle travaille avec des contractants de la défense américaine et dans ces projets, elle travaille avec un ingénierie des matériaux directement applicables.
  
• Advanced Quantum Technologies : La République tchèque AQT travaille avec des encres de MXène de haute pureté pour l'électronique imprimée et les applications photoniques. L'entreprise fait partie de consortiums financés par l'UE et développe des composites MXène-polymère fonctionnels pour des surfaces intelligentes et des composants Internet des objets (IoT), dans des applications industrielles.
  
• MXene Materials Inc. : Canada Ciblant le marché nord-américain biomédical et environnemental, MXene Materials Inc. développe des MXènes biofonctionnalisés pour des capteurs, des systèmes de distribution de médicaments et la purification de l'eau. L'entreprise personnalise les formulations pour les clients, en utilisant une plateforme de personnalisation basée sur une solution, pour développer des produits pour des marchés de niche réglementés à la demande croissante.
  

Actualités de l'industrie des MXènes (carbures et nitrures 2D)

• En juin 2024, MXene Materials Inc a annoncé qu'elle avait lancé sa première ligne de dispersions de MXène biofonctionnalisées pour des capteurs médicaux implantables en collaboration avec une entreprise de diagnostics cliniques, située au Canada.
  
• En mai 2024, Advanced Quantum Technologies a annoncé qu'ils avaient réussi à obtenir une subvention de 3 millions de USD du programme Horizon de l'UE pour développer et démontrer des encres conductrices à base de MXène-polymère imprimables pour l'intégration d'applications de capteurs IoT dans les secteurs industriels de la fabrication intelligente.
  
• En avril 2024, 2D Layer a conclu un accord de licence technologique avec le département de la Défense des États-Unis pour le développement et la démonstration d'une solution de blindage MXène contre les interférences électromagnétiques (EMI) basée sur des applications pour les plateformes d'avions militaires de nouvelle génération.
  
• En mars 2024, en réponse à la demande de leurs clients, Beike New Materials a pu augmenter sa production de 250 kg/mois (environ 550 lb/mois) pour les applications de MXène dans les supercondensateurs et le blindage EMI dans leur usine de production de MXène, située à Suzhou en Chine.
  
• En février 2024, Adden Energy a rapporté avoir réussi à produire des films de MXène Ti₃C₂ à l'échelle pilote, sans HF, dans le cadre de leur application cible, grâce à leur méthode de revêtement en continu et à leur valorisation précédente dans les batteries lithium-ion à l'état solide.

Le rapport d'étude de marché sur les MXènes (carbures et nitrures 2D) comprend une couverture approfondie de l'industrie, avec des estimations et des prévisions en termes de chiffre d'affaires (en millions de USD) et de volume (en tonnes) de 2021 à 2034, pour les segments suivants :

Marché, par composition

• MXènes à site M mono-élémentaire 
  • MXènes de titane 
  • MXènes de vanadium 
  • MXènes de niobium 
  • MXènes de molybdène 
  • Autres MXènes mono-élémentaires
• MXènes à site M multi-élémentaire 
  • MXènes en solution solide 
  • MXènes doubles M ordonnés
  • MXènes à haute entropie 
• Composition du site X 
  • Carbures purs 
  • Nitrures purs 
  • Carbonitrures 
• Terminaison de surface 
  • MXènes terminés par du fluor 
  • MXènes terminés par de l'oxygène/hydroxyle 
  • MXènes terminés par du chlore 
  • Terminaisons mixtes 

Marché, par technologie de synthèse

• Méthodes de gravure chimique 
  • Gravure à base de fluorure 
  • Gravure chimique sans HF
• Méthodes physiques / électrochimiques 
  • Gravure électrochimique 
  • Méthodes thermiques 
• Synthèse ascendante 
  • Dépôt en phase vapeur 
  • Synthèse en solution 

Marché, par application

• Stockage et conversion d'énergie 
  • Stockage d'énergie électrochimique 
  • Applications de conversion électrochimique 
• Électronique et télécommunications 
  • Applications électromagnétiques 
  • Composants électroniques 
• Environnement et traitement de l'eau 
  • Purification de l'eau 
  • Traitement de l'air 
• Biomédical et santé 
  • Applications de diagnostic 
  • Applications thérapeutiques 
• Automobile et transport 
  • Composants pour véhicules électriques 
  • Applications structurelles 
• Aérospatial et défense 
  • Matériaux structurels 
  • Applications de guerre électronique

Les informations ci-dessus sont fournies pour les régions et pays suivants :

• Amérique du Nord 
  • États-Unis
  • Canada
• Europe 
  • Allemagne
  • Royaume-Uni
  • France
  • Espagne
  • Italie
  • Reste de l'Europe
• Asie-Pacifique 
  • Chine
  • Inde
  • Japon
  • Australie
  • Corée du Sud
  • Reste de l'Asie-Pacifique
• Amérique latine 
  • Brésil
  • Mexique
  • Argentine
  • Reste de l'Amérique latine
• Moyen-Orient et Afrique 
  • Arabie saoudite
  • Afrique du Sud
  • Émirats arabes unis
  • Reste du Moyen-Orient et de l'Afrique