MXene（二维碳化物氮化物）市场——按成分、合成技术和应用划分——全球预测，2025-2034年

MXenes（2D碳化物氮化物）市场规模

全球MXenes（2D碳化物氮化物）市场在2024年估值为6700万美元。根据Global Market Insights Inc.最新发布的报告，该市场预计将从2025年的1.25亿美元增长至2034年的19.4亿美元，复合年增长率为35.6%。主要增长驱动因素包括纳米技术的最新进展、对先进材料的新需求以及能源存储和电子领域的投资增加。

MXenes是一种2D过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物的亚类，源自MAX相，以其独特的金属导电性、亲水性、表面化学和机械柔韧性特性，展现出极高的实用价值。

一个关键增长因素是先进能源存储系统的商业化进程加快，如锂离子、钠离子和锌离子电池。Ti₃C₂T_x等MXenes在下一代负极和超级电容器应用中表现出极其有利的电化学性能，如高体积电容量（~1500 F/cm³）和快速离子传输。汽车和电网行业的电气化进程进一步推动了对高效材料的需求，而MXenes在全球能源材料供应链中占据重要地位。

电子和通信行业也是重要的应用领域。MXenes具有卓越的电导率（~10,000 S/cm）和良好的EMI屏蔽性能（薄膜>60 dB），正被应用于柔性电子、天线材料、射频屏蔽和传感器。EMI屏蔽材料的需求预计将以显著的复合年增长率增长，而MXenes作为传统金属解决方案的轻量化、高性能替代品正在崭露头角。

在生物医学和医疗行业，MXenes在生物传感、药物递送、光热疗法和抗菌涂层等领域具有革命性应用。Ti₃C₂T_x 和Nb₂C MXenes的生物相容性和抗菌性能近期有了新发现。医疗行业对纳米技术设备、微创诊断和智能接入设备的重视程度不断提高，为北美、欧洲和亚太地区功能化MXene材料的多个百万美元子市场开辟了新的机遇。

MXenes（2D碳化物氮化物）市场趋势

• 无HF作为商业标准的兴起：传统HF基湿化学蚀刻引发了关于毒性、腐蚀和大规模工业应用的监管瓶颈的真实担忧。在这种情况下，公司和研究中心开发了原位氟化物生成（例如LiF + HCl）和熔盐蚀刻等更安全、可扩展和/或成本效益的策略。例如，根据欧洲专利局（EPO）的数据，2020年至2023年期间，与无HF蚀刻相关的专利格局增长了64%，表明工业界有强烈的兴趣。
  
• 未满足的能源存储应用需求增加：MXenes，特别是Ti₃C₂T_x和Nb₂CC, 在高速率、大容量能源存储技术市场中战略性地填补了空白。虽然锂离子电池主导了能源存储领域，但功率密度、充电时间和循环寿命等方面的局限性仍然阻碍了它们在市场上的大规模部署。MXenes 可以提供独特的金属导电性、低扩散阻力和有利的亲水表面，可能实现超快充放电能力，同时保持长期稳定性。  
• MXenes创新的政府资助联盟：中国科学技术部（MOST）从2021年至2023年向MXenes专项实验室投入了近4000万美元。欧盟石墨烯旗舰项目和韩国国家纳米技术计划将MXenes纳入更广泛的2D材料政策集群。在这些情况下，采用自上而下的方法，以促进学术界与产业界的合作、专利活动，并通过技术孵化器和许可计划推动MXenes的早期商业化。  
• 通过功能化和定制化实现特定应用的MXenes：MXene研发中另一个显著趋势是表面功能化和应用空间优化的MXenes，旨在解决各个行业的需求，从电磁干扰屏蔽到生物医学设备。当前的研究方向是控制终止基团（–O、–OH、–Cl、–Br）和多层异质结构，以实现更高的用户服务目标特异性，同时提高产品稳定性。  

MXenes（2D碳化物氮化物）市场分析

按成分划分，市场分为单元素M位MXenes、多元素M位MXenes、X位成分和表面终止。单元素M位MXenes细分市场在2024年实现了3470万美元的收入，预计2034年将达到9.899亿美元，复合年增长率为35.4%。  

• 单元素M位MXenes细分市场占MXenes成分类型中最大的市场份额。其市场份额高的原因在于其合成可扩展性和在多个重要应用中的持续高性能。目前市场上或已开发的大多数商业和学术MXene产品均基于Ti-MXenes，尤其是Ti₃C₂T_x，这是迄今为止研究最广泛的MXene。其明确的合成路径、可重复性和已证明的性能使Ti-MXenes成为工业开发MXenes的可行选择。  
• 从性能角度来看，单元素MXenes（M=（例如Ti₂C、Ti₃C₂、Mo₂C和Nb₂C））展现出优异的性能，包括高电子导电性（>10,000 S/cm）、可调表面化学和多种氧化态。这些特性使它们成为超级电容器、锂离子电池、电磁干扰屏蔽和生物传感器等行业高需求领域的理想候选材料。  
• 目前大多数材料科学和表面功能化工作，包括新材料如无氟合成技术、改进的氧化抗性方案和聚合物-MXene复合材料，均属于这一类别。这些材料是修饰或特定应用MXenes的基础模板，增加了它们的商业和学术重要性。  
• 这个类别也很有价值，因为它具有成本效益。基于钛和钼的MAX相比钽、铪等元素以及稀有高熵化合物更便宜，全球供应也更充足。已有成熟的制造方法和生产协议，用于制备钛基MXenes，这些方法能提高产量和安全性，同时降低制造成本和风险，以实现规模化生产和商业化目标。
  

按应用领域划分，MXenes（2D碳化物氮化物）市场被分为能源存储与转换、电子与通信、环境与水处理、生物医学与医疗保健、汽车与交通、航空航天与国防。2024年，能源存储与转换细分市场占据最大份额，占比39.8%。

• 如Ti₃C₂T_x和Nb₂C等2D MXenes因其高金属导电性、活性氧化还原表面以及含离子插层通道的大层状结构，被突出为理想的快速高效离子传输和高表面容量电荷存储材料。
  
• 在锂离子和钠离子电池中，MXenes被提出用作高容量负极，因为其低热力学（或扩散）屏障（如Li⁺约0.017 eV）和强伪电容行为。研究表明，Ti₃C₂T_x负极可实现380-450 mAh/g的比容量和超过2000次的循环寿命。
  
• 超级电容器市场细分领域也被视为MXenes高影响力的子市场，其中MXenes可实现超高体积电容量（~1500 F/cm³），并优于活性炭，特别是在当前设计和空间需求下，正向混合电容设备转变，用于再生制动系统和电网平衡。
  
• 此外，MXene基墨水用于柔性可穿戴超级电容器的创新也在消费电子和物联网（IoT）市场中逐渐受到关注。
  

北美MXenes（2D碳化物氮化物）市场

• 美国仍然是MXenes基础研究的领导者，代表了2011年MXenes诞生地德雷塞尔大学的贡献。美国创新生态系统仍致力于开发知识产权、军用级产品应用以及可规模化且符合环境安全的合成路径。
  
• 政府资金持续推动MXene研究，最终将促进国防级应用。如能源部（DOE）、NSF和DARPA等机构已为MXene基电磁屏蔽、混合电源系统和可穿戴生物传感器等项目提供资金支持。
  
• 在商业领域，有几家初创公司和深科技公司，包括Adden Energy、2D Layer和MXeneTech，正在开始扩大生产规模，许多情况下是与国家实验室或国防公司合作。这些公司正在研究试点规模的卷对卷合成、无HF蚀刻以及生产超大尺寸片状物，用于半导体和航空航天系统。
  

欧洲MXenes（2D碳化物氮化物）市场

• 欧洲特种油料市场高度关注可持续性、可追溯性和有机生产，法国、德国和意大利等国家走在前列。越来越多的特种油，如橄榄油、菜籽油和亚麻籽油需求增加，欧盟的共同农业政策（CAP）和绿色协议倡导环保农业实践，支持特种油料生产的增长。由于加工食品行业的重要性以及消费者对健康和福祉的关注，欧洲特种油料行业正在增长。
  
• 在东欧，乌克兰和罗马尼亚凭借有利的气候和大量可耕地，正在成为向日葵油和菜籽油的主要供应商。这些国家正在投资农业运营和加工能力，提高了产量和质量，使东欧成为西欧及其他地区重要的供应商。
  

亚太MXenes（2D碳化物氮化物）市场

• 2024年，中国MXenes（2D碳化物氮化物）行业实现收入1220万美元。预计中国市场将以35.9%的复合年增长率增长，到2034年达到3.601亿美元，主要受消费增长的推动。
  
• 中国目前在MXenes的工业化方面处于领先地位，利用其对前体材料和制造能力的全面控制，以及政府资助的研发能力。几项现有计划特别优先考虑了先进的2D聚合物、碳化物和氮化物——统称为纳米材料——用于能源存储、国防和生物医学应用。
  
• 一个特别与MXenes相关的趋势是Ti₃C₂T_x基粉末和浆料的商业化规模扩大。中国的公司，如北京贝科新材料和苏州图登材料，以及由大学研究人员创立的初创公司，已经开始使用无HF合成和机械化学合成等方法扩大生产，这些方法非常适合制造。

拉丁美洲MXenes（2D碳化物氮化物）市场

• 拉丁美洲特种油料市场受有利的农业气候因素和出口导向驱动；巴西和阿根廷是大豆油和向日葵油的两大生产国，但趋势表明正朝着小众/微型作物，如奇亚籽和山胡椒籽的方向发展。政府对可持续农业实践和增值加工的激励措施，正在与现有商品一起培育特种油料的兴起。在巴西，对生物柴油和可再生能源生产的偏好为油料作物提供了机会。
  

中东和非洲MXenes（2D碳化物氮化物）市场

• 中东和非洲地区为特种作物提供了多样的地理环境，北非国家如摩洛哥和突尼斯就是优质橄榄油生产的典型例子。政府计划通过投资质量改进和认证计划，通过振兴生产和发展出口来推动橄榄油行业。中东和非洲地区还开始利用其农业遗产和适合油料作物的气候，作为高附加值特种油料的新价值来源。
  

MXenes（2D碳化物氮化物）市场份额

全球MXenes（二维碳化物氮化物）行业的前五大公司是北极2D材料有限公司、ACS Material LLC、深圳6碳科技有限公司、南京先芳纳米材料科技有限公司和默克（Merck KGaA）旗下的西格玛-奥德利希公司。全球MXenes市场的竞争格局仍在发展中，但主要围绕学术机构的衍生公司、深层科技公司和先进材料公司展开，尤其是来自美国、中国和欧洲的公司。

竞争主要体现在材料纯度和生产规模、专利创新深度以及低毒性合成方法上。例如，Adden Energy在Ti₃C₂T_x薄膜的卷对卷可扩展产品方面处于领先地位，这些薄膜专为超级电容器开发；而北极新材料则专注于为锂离子应用优化的MXenes粉末供应。大多数公司与研究机构合作，共同开发针对特定应用的功能化处理。

由于市场仍处于初期阶段，产品创新比价格更为重要。公司正在开发无HF和绿色生产方法；调节表面终端的技术；以及在设备层面的集成。从战略价值来看，虽然创新很重要，但同样取决于构成配方的专利以及市场推广效率的合作伙伴关系。

MXenes（二维碳化物氮化物）市场公司

• Adden Energy： Adden Energy是哈佛大学的衍生公司，致力于开发可扩展的MXene生产能力，用于固态电池和超级电容器。该公司采用专有的卷对卷合成平台，生产用于电动汽车、电网储能的大尺寸Ti₃C₂ 薄膜，并专注于使用无HF蚀刻的环境安全性。
  
• 北极新材料： 北极是中国最大的MXenes商业供应商之一，提供用于电池OEM和其他纳米材料整合商的Ti₃C₂T_x和Nb₂C MXene粉末。北极与清华大学保持密切联系，采用研究驱动的创新混合模式，并维持低成本、垂直整合的模式，以实现成本效益的工业规模生产。
  
• 2D Layer： 2D Layer开发多功能MXene涂层，用于电磁屏蔽、航空航天和可穿戴设备传感器等应用。该公司在控制材料表面终端和导电薄膜形成方面拥有强大的知识产权。它与美国国防承包商合作，并在这些项目中进行直接应用材料工程。
  
• Advanced Quantum Technologies： 捷克共和国的AQT正在开发高纯度MXene墨水，用于打印电子和光子应用。该公司是欧盟资助的联盟成员，正在开发功能化MXene-聚合物复合材料，用于智能表面和物联网（IoT）组件，在工业应用中。
  
• MXene Materials Inc.： 加拿大公司MXene Materials Inc. 瞄准北美生物医学和环境市场，正在开发用于传感器、药物递送系统和水净化的生物功能化MXene。该公司为客户定制配方，采用基于溶液的定制平台，开发适用于需求不断增长的细分、受监管市场的产品。
  

MXenes（二维碳化物氮化物）行业新闻

• 2024年6月，MXene Materials Inc宣布与加拿大一家临床诊断公司合作，推出首批用于植入式医疗传感器的生物功能化MXene分散液产品线。
  
• 2024年5月，Advanced Quantum Technologies宣布成功获得300万美元的欧盟地平线基金资助，用于开发和演示可打印的MXene-聚合物导电墨水，以将物联网传感器应用于智能制造工业领域。
  
• 2024年4月，2D Layer与美国国防部签订技术许可协议，开发和演示基于MXene的电磁干扰屏蔽解决方案，用于未来军用飞机平台。
  
• 2024年3月，应客户需求，Beike New Materials在苏州的MXene生产设施中，将超级电容器和电磁干扰屏蔽应用的MXene产量提高至每月250公斤（约550磅）。
  
• 2024年2月，Adden Energy报告称，他们再次通过卷对卷涂层工艺成功生产了试点规模的无HF Ti₃C₂ MXene薄膜，并应用于固态锂电池领域。

MXenes（2D碳化物氮化物）市场研究报告涵盖行业深度分析，包括2021年至2034年的收入（百万美元）和产量（吨）的估计与预测，以下是各细分市场：

按成分分类

• 单元素M位MXenes 
  • 钛MXenes 
  • 钒MXenes 
  • 铌MXenes 
  • 钼MXenes 
  • 其他单元素MXenes
• 多元素M位MXenes 
  • 固溶体MXenes 
  • 有序双M MXenes
  • 高熵MXenes 
• X位成分 
  • 纯碳化物 
  • 纯氮化物 
  • 碳氮化物 
• 表面终端 
  • 氟终端MXenes 
  • 氧/羟基终端MXenes 
  • 氯终端MXenes 
  • 混合终端 

按合成技术分类

• 化学腐蚀方法 
  • 氟化物基腐蚀 
  • 无HF化学腐蚀
• 物理/电化学方法 
  • 电化学腐蚀 
  • 热法 
• 自下而上合成 
  • 气相沉积 
  • 溶液法合成 

按应用分类

• 能源存储与转换 
  • 电化学能源存储 
  • 电化学转换应用 
• 电子与通信 
  • 电磁应用 
  • 电子元件 
• 环境与水处理 
  • 水净化 
  • 空气处理 
• 生物医学与医疗 
  • 诊断应用 
  • 治疗应用 
• 汽车与交通 
  • 电动汽车组件 
  • 结构应用 
• 航空航天与国防 
  • 结构材料 
  • 电子战应用

以上信息适用于以下地区和国家：

• 北美 
  • 美国
  • 加拿大
• 欧洲 
  • 德国
  • 英国
  • 法国
  • 西班牙
  • 意大利
  • 欧洲其他地区
• 亚太地区 
  • 中国
  • 印度
  • 日本
  • 澳大利亚
  • 韩国
  • 亚太其他地区
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  • 巴西
  • 墨西哥
  • 阿根廷
  • 拉丁美洲其他地区
• 中东和非洲 
  • 沙特阿拉伯
  • 南非
  • 阿联酋
  • 中东和非洲其他地区