Рынок MXenes (2D карбидов и нитридов) — по составу, технологии синтеза и применению — глобальный прогноз на 2025–2034 гг.

Рынок MXenes (2D Карбиды Нитриды) по размеру

Глобальный рынок MXenes (2D Карбиды Нитриды) оценивался в 67 миллионов долларов США в 2024 году. Ожидается, что рынок вырастет с 125 миллионов долларов США в 2025 году до 1,94 миллиарда долларов США в 2034 году, с темпом роста 35,6% в год, согласно последнему отчету, опубликованному компанией Global Market Insights Inc. Ключевыми факторами роста являются недавние достижения в области нанотехнологий, новый спрос на передовые материалы и увеличение инвестиций в энергохранение и электронику.

MXenes, подкласс 2D карбидов, нитридов и карбонитридов переходных металлов, полученных из фаз MAX, представляют собой высоко полезные материалы с их уникальным сочетанием металлической проводимости, гидрофильности, поверхностной химии и механической гибкости.

Одним из ключевых факторов роста является увеличение коммерциализации передовых систем энергохранения, таких как Li-Ion, Na-ion и Zn-ion батареи. MXenes, такие как Ti₃C₂T_x, продемонстрировали крайне благоприятные электрохимические свойства, такие как высокая объемная емкость (~1500 Ф/см³) и быстрое ионное транспортирование, для применений в анодах и суперконденсаторах следующего поколения. Электрификация автомобильного и энергосетевого секторов также способствует высокому спросу на эффективные материалы, и MXenes занимают высокоценное место в глобальной цепочке поставок энергетических материалов.

Электроника и телекоммуникационная отрасль также являются важной областью применения. С исключительной электропроводимостью (~10 000 С/см) и хорошими характеристиками ЭМИ-экранирования (>60 дБ для тонких пленок), MXenes интегрируются в гибкую электронику, антенные материалы, ЭМИ-экранирование и датчики. Спрос на материалы для ЭМИ-экранирования, вероятно, будет расти с значительным темпом роста, и MXenes представляют собой легкие, высокопроизводительные альтернативы традиционным металлическим решениям.

В биомедицинской и медицинской отрасли MXenes имеют революционные применения в биосенсорах, доставке лекарств, фототермальной терапии и антибактериальных покрытиях. Недавние открытия биосовместимости и антибактериальных свойств для Ti₃C₂T_x  и Nb₂C MXenes появились. Увеличивающееся внимание медицинского сектора к нанотехнологическим устройствам, минимально инвазивным диагностическим методам и умным устройствам доступа открывает новые многомиллионные субрынки для функционализированных MXene-материалов в Северной Америке, Европе и Азиатско-Тихоокеанском регионе.

Тенденции рынка MXenes (2D Карбиды Нитриды)

• Рост hf-free как коммерческого стандарта: Традиционное влажное химическое травление на основе HF вызывает серьезные опасения, связанные с токсичностью, коррозией и регуляторными ограничениями для промышленных применений в крупных масштабах. В этом контексте компании и исследовательские центры разработали стратегии in-situ генерации фторидов (например, LiF + HCl) и травления расплавленными солями, которые безопаснее, масштабируемы и / или экономически эффективны. В качестве примера, патентный ландшафт, связанный с травлением без HF, вырос на 64% между 2020 и 2023 годами, согласно Европейскому патентному ведомству (EPO), что указывает на сильный промышленный интерес.
  
• Увеличение спроса со стороны неудовлетворенных энергохранилищ: MXenes, особенно Ti₃C₂T_x и Nb₂C, стратегически расположены для заполнения пробелов на рынках, характеризующихся высокоскоростными, высокоемкими технологиями хранения энергии.  В то время как литий-ионные батареи доминировали в ландшафте энергохранения, связанные с ними ограничения по плотности мощности, времени зарядки и сроку службы продолжают препятствовать их более широкому внедрению на рынок.  MXenes могут предложить уникальное сочетание металлической проводимости, низких барьеров для диффузии и благоприятных гидрофильных поверхностей, что может обеспечить сверхбыстрые возможности зарядки/разрядки при сохранении долгосрочной стабильности.
  
• Государственные консорциумы по инновациям в MXenes: Министерство науки и технологий Китая (MOST) выделило почти 40 миллионов долларов США на лаборатории, специализирующиеся на MXenes, в период с 2021 по 2023 год. Проект EU Graphene Flagship и Национальная нанотехнологическая инициатива Кореи включили MXenes в более широкие кластеры политики для 2D-материалов. Во всех этих случаях применяется сверху вниз подход для облегчения академико-промышленного сотрудничества, патентной деятельности и ранней коммерциализации MXenes через технопарки и программы лицензирования.
  
• Специфичные для применения MXenes за счет функционализации и кастомизации: Еще одна тенденция, которая особенно заметна в исследованиях MXenes, — это поверхностно-функционализированные и оптимизированные для конкретных применений MXenes, направленные на удовлетворение потребностей различных отраслей, от экранирования ЭМИ до биомедицинских устройств. Исследования сейчас ориентированы на контролируемые терминальные группы (–O, –OH, –Cl, –Br) и многослойные гетероструктуры для достижения большей специфичности к целевым задачам пользователей при улучшении стабильности продукции.
  

Анализ рынка MXenes (2D карбиды нитриды)

По составу рынок разделен на одноэлементные MXenes с m-сайтом, многоэлементные MXenes с m-сайтом, состав x-сайта и поверхностное завершение. Сегмент одноэлементных MXenes с m-сайтом принес выручку в размере 34,7 миллиона долларов США в 2024 году и 989,9 миллиона долларов США в 2034 году при среднегодовом темпе роста 35,4%.

• Сегмент одноэлементных MXenes с m-сайтом имеет наибольшую долю рынка среди типов состава MXenes. Причины его высокой доли рынка связаны с доказанной масштабируемостью синтеза и продолжающейся высокой производительностью в нескольких важных применениях. Большинство коммерческих и академических продуктов MXenes на рынке или разработанных на сегодняшний день основаны на Ti-MXenes, преимущественно Ti₃C₂T_x как на первом и наиболее широко изученном MXene на сегодняшний день. Четко определенный путь синтеза, воспроизводимость и доказанная производительность позволили Ti-MXenes достичь точки, где промышленное развитие MXenes становится возможным.
  
• С точки зрения производительности, одноэлементные MXenes (M= (например, Ti₂C, Ti₃C₂, Mo₂C, & Nb₂C)) продемонстрировали отличные свойства, включая высокую электронную проводимость (>10 000 С/см), регулируемую поверхностную химию и несколько степеней окисления. Эти характеристики делают их хорошими кандидатами для отраслей с высоким спросом, например, суперконденсаторов, литий-ионных батарей, экранирования электромагнитных помех и биосенсоров.
  
• Большая часть текущих материаловедческих и поверхностно-функциональных работ, связанных с новыми материалами, такими как бесфторные методы синтеза, улучшенные схемы сопротивления окислению и полимерные композиты MXene, относятся к этой категории. Эти материалы являются базовыми шаблонами для модифицированных или специфичных для применения MXenes, что увеличивает их коммерческую и академическую значимость.
  
• Эта категория также ценна благодаря соотношению цены и качества. Фазы MAX на основе титана и молибдена несколько дешевле и более доступны в мире, чем элементы, такие как Ta, Hf и редкие высокоэнтропийные соединения. Существуют установленные методы и производственные методы и протоколы для изготовления MXenes на основе Ti, которые повышают выход и безопасность, а также снижают производственные затраты и риски, что связано с целью масштабирования и коммерциализации.
  

По применению рынок MXenes (2D Карбиды Нитриды) разделен на энергохранение и преобразование, электроника и телекоммуникации, экология и водоочистка, биомедицина и здравоохранение, автомобильная и транспортная отрасль, аэрокосмическая и оборонная промышленность. В 2024 году сегмент энергохранения и преобразования занимал наибольшую долю рынка, составив 39,8% доли.

• 2D MXenes, такие как Ti₃C₂T_x и Nb₂C, выделяются благодаря оптимальному сочетанию высокой металлоподобной проводимости, окислительно-восстановительно-активных поверхностей и крупных слоистых структур, содержащих каналы для интеркаляции ионов, что делает их идеальными для быстрого и эффективного ионного транспорта, а также высокоемкостного хранения заряда.
  
• В литий-ионных и натрий-ионных батареях MXenes предлагаются для использования в качестве высокоемкостных анодов из-за низких термодинамических (или диффузионных) барьеров (~0,017 эВ для Li⁺) и сильного псевдокапацитивного поведения, которое можно ожидать. Исследования сообщают, что аноды Ti₃C₂T_x достигают удельной емкости порядка 380-450 мАч/г и цикличности более 2000 циклов.
  
• Сегмент рынка суперконденсаторов также рассматривается как высокоэффективный подсегмент, где MXenes обеспечивают сверхвысокую объемную емкость (~1500 Ф/см³) и превосходят активированный уголь, особенно с учетом текущих конструкций и требований к пространству, с переходом к гибридным устройствам для использования в системах рекуперативного торможения и балансировки сети.
  
• Кроме того, инновации в области MXene-чернил для гибких, носимых суперконденсаторов также набирают популярность на рынках потребительской электроники и Интернета вещей (IoT).
  

Рынок MXenes (2D Карбиды Нитриды) в Северной Америке

• США продолжают оставаться ведущей властью в фундаментальных исследованиях MXenes, представляя вклад Дрексельского университета, родины MXenes в 2011 году. Экосистема инноваций США по-прежнему направлена на разработку интеллектуальной собственности, применений для военных продуктов и синтетических путей, которые могут быть масштабируемыми и согласованными с экологической безопасностью.
  
• Государственное финансирование продолжает стимулировать исследования MXenes, которые в конечном итоге облегчат применение в оборонной сфере. Организации, такие как Министерство энергетики (DOE), NSF и DARPA, предоставили финансирование для проектов, которые разработают MXene-экраны от ЭМИ, гибридные энергосистемы и носимые биосенсоры.
  
• С коммерческой точки зрения, существует несколько стартапов и компаний, занимающихся глубокими технологиями, включая Adden Energy, 2D Layer и MXeneTech, которые начинают масштабировать свои усилия, в большинстве случаев в сотрудничестве с национальными лабораториями или оборонными компаниями. Компании исследуют пилотные масштабы рулонного синтеза, травление без HF и производство сверхкрупных хлопьев для применения в полупроводниках и аэрокосмических системах.
  

Европейский рынок MXenes (2D карбиды нитриды)

• Рынок специальных масличных культур в Европе сильно ориентирован на устойчивость, отслеживаемость и органическое производство, при этом такие страны, как Франция, Германия и Италия, возглавляют этот процесс. Все большее количество специальных масел, таких как оливковое масло, рапсовое масло и льняное масло, пользуются повышенным спросом, а как Общая сельскохозяйственная политика (ОСП) Европейского Союза, так и инициативы Зеленого курса поощряют экологически чистые сельскохозяйственные практики, поддерживающие рост производства специальных масличных культур. В результате значительной переработанной пищевой промышленности и осведомленности потребителей о здоровье и благополучии отрасль специальных масличных культур в Европе переживает рост.
  
• На востоке Украина и Румыния развиваются как крупные поставщики подсолнечного масла и рапсового масла, что обусловлено как благоприятным климатом, так и большим количеством пахотных земель, доступных в этих странах. Эти страны сейчас инвестируют как в свои сельскохозяйственные операции, так и в свои производственные мощности, что улучшает урожайность и качество, делая Восточную Европу важным поставщиком для Западной Европы и за ее пределами.
  

Рынок MXenes (2D карбиды нитриды) в Азиатско-Тихоокеанском регионе

• Промышленность MXenes (2D карбиды нитриды) в Китае в 2024 году принесла выручку в размере 12,2 млн долларов США. Рынок Китая, по прогнозам, будет расти на 35,9% в год, достигнув 360,1 млн долларов США к 2034 году, что обусловлено увеличением потребления.
  
• Китай в настоящее время лидирует в промышленном производстве MXenes, используя полный контроль над исходными материалами и производственными мощностями, а также государственную поддержку в области НИОКР. Несколько существующих инициатив специально приоритизировали передовые 2D-полимеры, карбиды и нитриды — коллективно называемые наноматериалами — для энергохранения, обороны и биомедицинских применений.
  
• Особенно актуальной тенденцией для MXenes является коммерческое масштабирование порошков и суспензий на основе Ti₃C₂T_x. Компании в Китае, такие как Beijing Beike New Materials и Suzhou Tudeng Materials, а также стартапы, созданные исследователями университетов, начали масштабировать производство с использованием как синтеза без HF, так и механико-химического синтеза, идеального для производства.

Рынок MXenes (2D карбиды нитриды) в Латинской Америке

• Рынок специальных масличных культур в Латинской Америке стимулируется благоприятными агроклиматическими факторами и ориентацией на экспорт; Бразилия и Аргентина являются двумя крупнейшими производителями соевого и подсолнечного масла, но тенденции показывают направление к нишевым/микрокультурам, таким как чиа и сача инчи. Государственные стимулы для устойчивых сельскохозяйственных практик и добавленной стоимости переработки способствуют появлению специальных масличных культур в сочетании с существующими товарами. В Бразилии предпочтение биодизеля и инициативы по возобновляемой энергетике создают возможности для масличных культур.
  

Рынок MXenes (2D карбиды нитриды) на Ближнем Востоке и в Африке

• MEA предлагает разнообразие ландшафтов для специальных культур, с примерами, такими как страны Северной Африки, например, Марокко и Тунис, которые являются примером производства высококачественного оливкового масла. Государственные программы способствуют развитию оливкового сектора за счет оживления производства и развития экспорта через инвестиции в улучшение качества и планы сертификации. MEA также начинает использовать свое сельскохозяйственное наследие и подходящий климат для масличных культур как новый источник высококачественных масличных культур с добавленной стоимостью.
  

Доля рынка MXenes (2D карбиды нитриды)

Топ-5 компаний в индустрии MXenes (2D карбиды нитриды) — это Beike 2D Materials Co., Ltd., ACS Material LLC, 6Carbon Technology (Shenzhen) Co., Ltd., Nanjing XFNANO Materials Tech Co., Ltd. и Sigma-Aldrich (Merck KGaA). Конкурентная динамика глобального рынка MXenes все еще развивается, но в основном сводится к сочетанию академических спин-оффов, глубоких технологических компаний и компаний по производству передовых материалов, в основном из США, Китая и Европы.

Конкуренция происходит как на основе чистоты материала и масштабов производства, так и на основе глубины инноваций, защищенных патентами, и методов синтеза с низкой токсичностью. Например, мы видим, что Adden Energy занимает лидирующую позицию в производстве масштабируемых продуктов Ti₃C₂T_x для суперконденсаторов, а Beike New Materials сосредоточена на поставках порошков MXenes в больших объемах, оптимизированных для литий-ионных приложений. Большинство компаний сотрудничают с исследовательскими учреждениями для совместной разработки функционализации, специфичной для приложений, представляющих интерес.

Учитывая раннюю стадию развития рынка, инновации в продуктах имеют большее значение, чем цена. Компании разрабатывают методы без использования HF и экологически чистые технологии; технологии для настройки поверхностных терминаций; и интеграции на уровне устройств. В стратегическом плане, несмотря на важность инноваций, это также функция патентов, формирующих формулы, и партнерств для повышения эффективности выхода на рынок.

Компании на рынке MXenes (2D карбиды нитриды)

• Adden Energy: Adden Energy — это спин-офф компания Гарвардского университета, разрабатывающая масштабируемые возможности производства MXene для использования в твердотельных батареях и суперконденсаторах. Компания использует собственную платформу синтеза roll-to-roll для производства крупноформатных пленок Ti₃C₂  для применения в электромобилях, сетевом хранении энергии и сосредоточена на экологической безопасности использования травления без HF.
  
• Beike New Materials: Beike — один из крупнейших коммерческих поставщиков MXene в Китае, включая порошки Ti₃C₂T_x и Nb₂C MXene для OEM-производителей батарей и других интеграторов наноматериалов. Beike поддерживает тесные связи с Университетом Цинхуа, полагаясь на гибридный подход к инновациям на основе исследований и сохраняя низкозатратную, вертикально интегрированную модель для экономически эффективного промышленного производства.
  
• 2D Layer: 2D Layer разрабатывает многофункциональные покрытия MXene для применения в экранировании от электромагнитных помех, аэрокосмической отрасли и сенсорах для носимых устройств. У компании сильная интеллектуальная собственность в области контроля поверхностных терминаций материалов и формирования проводящих пленок. Она сотрудничает с американскими оборонными подрядчиками, и в этих проектах занимается прямым материаловедческим инжинирингом для конкретных приложений.
  
• Advanced Quantum Technologies: Чешская компания AQT работает с высокочистыми чернилами MXene для печати электроники и фотонных приложений. Компания является частью консорциумов, финансируемых ЕС, и разрабатывает функциональные композиты MXene-полимер для умных поверхностей и компонентов Интернета вещей (IoT) в промышленных приложениях.
  
• MXene Materials Inc.: Канадская компания, ориентированная на североамериканский биомедицинский и экологический рынок, MXene Materials Inc. разрабатывает биофункционализированные MXene для сенсоров, систем доставки лекарств и очистки воды. Компания адаптирует формулы для клиентов, используя платформу на основе раствора, чтобы разрабатывать продукты для нишевых, регулируемых рынков с растущим спросом.
  

Новости индустрии MXenes (2D карбиды нитриды)

• В июне 2024 года компания MXene Materials Inc объявила о запуске первой линии биофункционализированных дисперсий MXene для имплантируемых медицинских сенсоров в сотрудничестве с клинической диагностической компанией, расположенной в Канаде.
  
• В мае 2024 года компания Advanced Quantum Technologies объявила, что успешно получила грант в размере 3 миллионов долларов США от программы EU Horizon для разработки и демонстрации печатаемых MXene-полимерных проводящих чернил для интеграции IoT-сенсоров в умные производственные промышленные сектора.
  
• В апреле 2024 года компания 2D Layer заключила лицензионное соглашение с Министерством обороны США для разработки и демонстрации MXene-решений для экранирования ЭМИ на основе применений для будущих поколений военных авиационных платформ.
  
• В марте 2024 года, в ответ на спрос клиентов, компания Beike New Materials смогла увеличить выпуск до 250 кг/месяц (около 550 фунтов/месяц) для применений MXene в суперконденсаторах и экранировании ЭМИ на своем производственном предприятии в Сучжоу, Китай.
  
• В феврале 2024 года компания Adden Energy сообщила, что успешно произвела пилотные образцы HF-свободных пленок Ti₃C₂ MXene в своем предназначенном направлении применения благодаря методу рулонного покрытия и их предыдущей валоризации в твердотельных литий-ионных батареях.

Отчет по исследованию рынка MXenes (2D карбидов и нитридов) включает глубокий анализ отрасли, с оценками и прогнозами в терминах выручки (млн долларов США) и объема (тонн) с 2021 по 2034 год, для следующих сегментов:

Рынок по составу

• MXenes с одним элементом на сайте M 
  • MXenes на основе титана 
  • MXenes на основе ванадия 
  • MXenes на основе ниобия 
  • MXenes на основе молибдена 
  • Другие MXenes с одним элементом
• MXenes с несколькими элементами на сайте M 
  • MXenes твердого раствора 
  • Упорядоченные двойные MXenes M
  • MXenes с высокой энтропией 
• Состав по сайту X 
  • Чистые карбиды 
  • Чистые нитриды 
  • Карбонитриды 
• Поверхностное завершение 
  • MXenes с фтор-завершением 
  • MXenes с кислород/гидроксильным завершением 
  • MXenes с хлор-завершением 
  • Смешанные завершения 

Рынок по технологии синтеза

• Химические методы травления 
  • Травление на основе фторидов 
  • HF-свободное химическое травление
• Физические / электрохимические методы 
  • Электрохимическое травление 
  • Термические методы 
• Синтез снизу вверх 
  • Паровая депонирование 
  • Синтез на основе раствора 

Рынок по применению

• Энергохранение и преобразование 
  • Электрохимическое энергохранение 
  • Применения электрохимического преобразования 
• Электроника и телекоммуникации 
  • Электромагнитные применения 
  • Электронные компоненты 
• Экология и водоочистка 
  • Очистка воды 
  • Обработка воздуха 
• Биомедицина и здравоохранение 
  • Диагностические применения 
  • Терапевтические применения 
• Автомобильная и транспортная отрасль 
  • Компоненты электромобилей 
  • Структурные применения 
• Авиакосмическая и оборонная отрасли 
  • Структурные материалы 
  • Применения в электронной войне

Вышеуказанная информация предоставляется для следующих регионов и стран:

• Северная Америка 
  • США
  • Канада
• Европа 
  • Германия
  • Великобритания
  • Франция
  • Испания
  • Италия
  • Остальная Европа
• Азиатско-Тихоокеанский регион 
  • Китай
  • Индия
  • Япония
  • Австралия
  • Южная Корея
  • Остальная Азиатско-Тихоокеанский регион
• Латинская Америка 
  • Бразилия
  • Мексика
  • Аргентина
  • Остальная Латинская Америка
• Ближний Восток и Африка 
  • Саудовская Аравия
  • Южная Африка
  • ОАЭ
  • Остальной Ближний Восток и Африка