一,、石墨烯——應(yīng)用范圍極其廣泛的材料新星

石墨烯（Graphene）是從石墨材料中剝離出來,、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004 年,，英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫從石墨中剝離出了石墨烯,，打破了理論物理學(xué)界半個(gè)世紀(jì)以來關(guān)于石墨烯無法穩(wěn)定存在的結(jié)論。石墨烯獨(dú)特的電學(xué)性能,、力學(xué)性能,、熱性能、光學(xué)性能和較高的比表面積,，使其一經(jīng)發(fā)現(xiàn)便受到人們的廣泛關(guān)注,，被譽(yù)為“黑金”、“改變 21 世紀(jì)的神奇材料”,、“萬能材料”等,，它的發(fā)現(xiàn)者也因此于 2010 年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

二,、政策助力,，產(chǎn)業(yè)化步伐悄然加速

1、國家大力支持的新興產(chǎn)業(yè)

石墨烯各方面優(yōu)異的特性顯示出巨大的應(yīng)用潛力與商業(yè)化價(jià)值,，各國政府先后發(fā)布政策投入人力物力,，開展石墨烯的應(yīng)用與研發(fā)。

我國對石墨烯領(lǐng)域的研究與開發(fā)也較早就給予了關(guān)注,。2007-2012 年,，中國國家自然科學(xué)基金委員會(huì)對石墨烯項(xiàng)目累計(jì)資助經(jīng)費(fèi)達(dá)到 3.30 億元,，科技部和中國科學(xué)院對石墨烯的累計(jì)資助經(jīng)費(fèi)分別達(dá)到了 5915 萬元和 4605 萬元,。十二五規(guī)劃、十三五規(guī)劃等一系列文件都將石墨烯納入大力發(fā)展的新材料領(lǐng)域,。

2,、石墨烯專利持有我國獨(dú)占鰲頭

在國家戰(zhàn)略指引下，石墨烯相關(guān)研發(fā)成果呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，2005 年至 2014 年,，全球關(guān)于石墨烯的專利共有 25,855 項(xiàng),，其中 2014 年有超過 9000 項(xiàng)申請。我國對石墨烯的研究和開發(fā)與國際一直保持同步,，并在石墨烯技術(shù)研發(fā)方面處于國際前列,，石墨烯研發(fā)和專利持有已在全球占據(jù)一席之地，截至 2014 年,，我國石墨烯申請專利占全球總專利數(shù)的 47%,，遙遙領(lǐng)先于第二名的美國（占比 18%）。此外,，截止到 2015 年 8 月,，中國在石墨烯領(lǐng)域發(fā)表文章占全球的 34%，遠(yuǎn)高于第二名美國（19%）,。但同時(shí)也應(yīng)看到,，我國的石墨烯專利數(shù)量雖多但質(zhì)量較差，基礎(chǔ)專利少,、應(yīng)用專利多,，且大多集中在導(dǎo)電添加劑、防腐涂料等低端應(yīng)用領(lǐng)域,，而美國,、歐洲等則將主要目標(biāo)瞄準(zhǔn)高頻晶體管、光電探測器以及傳感器等高端應(yīng)用領(lǐng)域,。

3,、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)入快車道

產(chǎn)業(yè)化方面，2013 年包括華為,、東旭光電在內(nèi)的主流企業(yè)與清華大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)共同建立了“中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”（CGIA）,，以構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研一體化平臺(tái)，共同推動(dòng)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,。在地方政府的支持下,，寧波、常州,、無錫,、青島、重慶五地設(shè)立石墨烯產(chǎn)業(yè)園區(qū),，集中發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè),，無錫市計(jì)劃在 2015 年石墨烯及相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破 50 億元，2020 年達(dá)到 300 億元,。寧波市計(jì)劃在三年內(nèi)設(shè)立 9000 萬的財(cái)政資金,，并在 10 年內(nèi)打造千億級規(guī)模的產(chǎn)業(yè)特色群。此外，江蘇,、內(nèi)蒙古,、山東等地相繼成立石墨烯聯(lián)盟，旨在促進(jìn)政,、企,、產(chǎn)、學(xué),、研相結(jié)合,，構(gòu)建以石墨烯原材料、研發(fā),、制備,、應(yīng)用為主體的產(chǎn)業(yè)鏈。各方的共同推動(dòng)使我國石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程進(jìn)入快車道,，石墨烯產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢頭,，第六元素、寧波墨西,、重慶墨希,、二維碳素等優(yōu)秀石墨烯企業(yè)不斷涌現(xiàn)。

三,、產(chǎn)業(yè)化大幕拉開——低端領(lǐng)域現(xiàn)已切入,，高端領(lǐng)域未來可期

1、制備：石墨烯粉體及多晶薄膜已初具規(guī)模,，單晶薄膜有待突破

自 2004 年石墨烯被首次制備以來,，研究人員發(fā)展了多種方法制備石墨烯，各類制備方法可歸納為 2 個(gè)主流路線,，即自上而下（Top-Down）和自下而上（Down-Top）的方法,。前者通常以石墨為原料，采用物理或化學(xué)的方法將石墨解離成單層或多層的石墨烯,，制成的石墨烯單晶一般尺寸較小,，以微片形式存在。包括機(jī)械剝離法,、液相剝離法,、氧化還原法等；后者通常以含碳?xì)怏w或固體化合物為原料,，通過化學(xué)方法利用碳原子構(gòu)建石墨烯,。除此之外，還有一些比較另類的生產(chǎn)方法如碳納米管展開法,、分子自組裝法等,。目前，高質(zhì)量大面積石墨烯單晶的制備還處于探索階段,，不同制備方法得到的石墨烯,，其物理化學(xué)特性不一樣，對應(yīng)著不同的應(yīng)用領(lǐng)域,。

2,、我國石墨烯制備的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

低端領(lǐng)域生產(chǎn)已經(jīng)初具規(guī)模。目前,，國內(nèi)部分廠家如第六元素,、寧波墨西、重慶墨希,、二維碳素等廠家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了氧化還原法或液相剝離法石墨烯粉體以及 CVD 法石墨烯薄膜的規(guī)?；a(chǎn)。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),，目前我國石墨烯粉體產(chǎn)能共計(jì)3450 噸/年,，石墨烯薄膜產(chǎn)能 105 萬平米/年，但目前生產(chǎn)的石墨烯質(zhì)量較差,，僅能滿足涂料,、鋰電池添加劑、復(fù)合材料添加劑,、觸摸屏等低端領(lǐng)域的需求,。

高端領(lǐng)域生產(chǎn)短期內(nèi)較難突破。高速電子器件,、光電探測器等高端領(lǐng)域需要大面積高質(zhì)量的石墨烯單晶,，與普通多晶態(tài)石墨烯薄膜相比，單晶石墨烯薄膜制備異常困難,，目前只能做到毫米級大小,，與可實(shí)用化的晶圓級大小仍有相當(dāng)距離，短期內(nèi)較難突破,，化學(xué)氣相沉積法是最具開發(fā)潛力的制備技術(shù),。

3、應(yīng)用：低端需求逐步打開,，高端領(lǐng)域受制于高質(zhì)量石墨烯的制備

隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸薄膜制備等難題的逐步突破,，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐正在加快，目前鋰離子正極材料導(dǎo)電添加劑,、導(dǎo)熱材料,、塑料添加劑、導(dǎo)電油墨等低端應(yīng)用領(lǐng)域即將進(jìn)入或已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,。我國石墨烯產(chǎn)業(yè)正逐漸由產(chǎn)業(yè)化初期步入快速成長期,。

4,、石墨烯下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

低端需求初步打開。受制于石墨烯的規(guī)?；苽?，目前僅導(dǎo)電墨水、鋰電池添加劑,、涂料及復(fù)合材料添加劑,、觸摸屏等低端應(yīng)用領(lǐng)域的需求初步打開。

1）鋰電池方面應(yīng)用

石墨烯作為導(dǎo)電添加劑還可以解決鈷酸鋰等正極材料高壓實(shí)比與電池性能之間的矛盾問題,，采用石墨烯導(dǎo)電劑的鈷酸鋰電池容量高出 3%,，且具有明顯更好的 2C 倍率放電性能。石墨烯還可涂覆在鋁箔集流體上,，形成石墨烯功能涂層鋁箔有助于進(jìn)一步提升鋰電池的綜合性能,。隨著寧波墨西科技有限公司石墨烯涂層鋁箔試生產(chǎn)線的建成，此項(xiàng)新技術(shù)有望在鋰離子電池中得到廣泛應(yīng)用,。

值得一提的是,，作為添加劑，石墨烯僅僅增強(qiáng)了正極材料的導(dǎo)電性,，并沒有改變電極材料的比容量,，因而不會(huì)大幅增加鋰電池的能量密度。要想大幅增加鋰電池能量密度,，需選取具有更高比容量的電極材料,。目前，多篇已發(fā)表論文稱利用 石墨烯- 硫或石墨烯- 硅作為鋰電池的正負(fù)極可大大增加鋰電池的能量密度,，但此類電池目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段,，距離產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還需較長時(shí)間。

2）石墨烯導(dǎo)熱材料

石墨烯具有極高的熱導(dǎo)率和熱輻射系數(shù),，同時(shí)比表面積巨大,，因此作為輔助散熱的表面涂層具有巨大的應(yīng)用前景。利用石墨烯可制成具有高導(dǎo)熱系數(shù)的石墨烯散熱片/膜,，應(yīng)用于手機(jī),、電腦等電子產(chǎn)品以及高功率 LED 芯片中，以增強(qiáng)器件性能,，延長其工作壽命,。此外，作為添加劑還可利用石墨烯制成石墨烯改性的復(fù)合材料,，如熱導(dǎo)纖維和導(dǎo)熱塑料等,。該技術(shù)領(lǐng)域市場巨大，在我國的電子和工程領(lǐng)域有迫切的市場需求,，技術(shù)難度小,、工藝相對成熟,，有快速進(jìn)入市場的機(jī)會(huì)。

3）石墨烯導(dǎo)電塑料和油墨

石墨烯可作為新型導(dǎo)電油墨和塑料的主填充料,，也可與納米銀粉等混合配制成新型導(dǎo)電漿料或油墨,，通過改變石墨烯的填充比例，可調(diào)節(jié)導(dǎo)電油墨的電阻率和附著性能,。美國 Vorbek 材料公司的石墨烯導(dǎo)電油墨已經(jīng)在物聯(lián)網(wǎng)隱形條形碼技術(shù)中開始應(yīng)用,。我國物聯(lián)網(wǎng)市場巨大,，前景誘人,，以添加石墨烯為主的導(dǎo)電塑料可以在防靜電應(yīng)用領(lǐng)域得到大力推廣，工藝簡便,、成本低廉,、效果明顯。

4 ）石墨烯防腐涂料

石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使得它既可以在涂層中構(gòu)建導(dǎo)電導(dǎo)熱通道,，又可以互相拼接形成嚴(yán)密的迷宮式物理屏障,，隔絕腐蝕因子。因此,，石墨烯涂料具有導(dǎo)電,、導(dǎo)熱、防腐,、電磁屏蔽等多種功能,。另外，石墨烯微片可以增強(qiáng)涂層的附著力,，使涂層具有優(yōu)良的耐磨和耐刮擦性能,。因此，石墨烯涂料在飛機(jī),、船舶,、車輛、橋梁,、建筑物,、集裝箱、油罐,、等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景,。

5 ）石墨烯電容屏

石墨烯薄膜最先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域是觸摸屏領(lǐng)域，用于替代傳統(tǒng)的 ITO（氧化銦錫）薄膜,。2012 年 1 月 8 日,，江南石墨烯研究院、常州二維碳素科技公司聯(lián)合相關(guān)企業(yè)通過研究實(shí)現(xiàn)了石墨烯薄膜材料和現(xiàn)有 ITO 模組工藝線的對接,，全球首次成功制成石墨烯電容屏手機(jī)樣機(jī),。2015 年 3 月 2 日,，重慶墨希科技有限公司與嘉樂派科技有限公司聯(lián)合發(fā)布了全球首批 3 萬部石墨烯手機(jī),，該款手機(jī)采用了最新研制的石墨烯觸摸屏,、電池和導(dǎo)熱膜，開啟了石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新時(shí)代,。

四,、產(chǎn)業(yè)即將進(jìn)入快速成長期，未來市場規(guī)模巨大

未來 5-10 年,，導(dǎo)電添加劑,、防腐涂料、觸摸屏等低端應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化將趨于成熟,，超級電容,、傳感器、電子芯片等中高端領(lǐng)域也將逐漸進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化,，石墨烯產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入快速成長期,，市場空間將快速擴(kuò)大。

據(jù)預(yù)測,，2018 年全球石墨烯市場規(guī)?？赡芨哌_(dá) 1.95 億美元，之后將加速發(fā)展,，于 2023 年超過 13 億美元,，復(fù)合增長率高達(dá) 47%。2023 年石墨烯下游主要市場領(lǐng)域包括超級電容,、顯示,、結(jié)構(gòu)材料等。