2017年中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)預(yù)測(cè)

李希平

石墨烯作為戰(zhàn)略新材料，將逐漸向產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、規(guī)模化應(yīng)用過(guò)渡。

石墨烯是從石墨材料中剝離出來(lái)的二維碳材料，按照碳原子層數(shù)可分為單層石墨烯、多層石墨烯及石墨烯微片。其中單層石墨烯是指碳原子僅僅在二維平面以六角蜂巢結(jié)構(gòu)排列構(gòu)成的嚴(yán)格單層碳材料，是一種沒(méi)有能隙具有線性能量分布的半導(dǎo)體，由于電子可以在晶體中自由移動(dòng)而賦予單層石墨烯非常好的導(dǎo)電性。

石墨烯被納入我國(guó)《新材料產(chǎn)業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃》中鼓勵(lì)發(fā)展的新材料，而《中國(guó)制造2025》則進(jìn)一步明確規(guī)劃了未來(lái)十年我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑，總體目標(biāo)是2020年形成百億元規(guī)模，2025年突破千億元，重點(diǎn)是石墨烯制備實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?，儲(chǔ)能電化學(xué)器件等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

全國(guó)人大代表，圣泉集團(tuán)總裁唐一林在接受《中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息》記者采訪時(shí)表示，2017年應(yīng)該是我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展成果爆發(fā)年，我們要抓活創(chuàng)業(yè)思路，加大創(chuàng)新步伐，利用互聯(lián)網(wǎng)這種富有生命力的新商業(yè)模式去落實(shí)黨的十八屆五中全會(huì)從協(xié)調(diào)推進(jìn)“四個(gè)全面”戰(zhàn)略布局出發(fā)，提出“推進(jìn)健康中國(guó)建設(shè)”的宏偉目標(biāo)。

2014年圣泉集團(tuán)在全球范圍內(nèi)率先從植物秸稈玉米芯纖維素中提取出生物質(zhì)石墨烯，也打通了石墨烯材料到經(jīng)濟(jì)消費(fèi)品的石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈；2015年將石墨烯添加到粘膠纖維中，并研發(fā)制造出了基于這種內(nèi)暖新材料而制成的養(yǎng)體內(nèi)衣系列、除臭襪品系列等產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化應(yīng)用，同年與滌綸復(fù)合研發(fā)成功，使石墨烯應(yīng)用在紡織行業(yè)取得了重大的突破；2016年又將生物質(zhì)石墨烯與錦綸、晴綸、氨綸、羽絨棉、維尼綸、聚氨酯、乳膠等全化纖系列材料成功復(fù)合應(yīng)用，研發(fā)出內(nèi)暖絨健康被、內(nèi)暖絨服、石墨烯助眠枕等系列產(chǎn)品，成功打造出了推動(dòng)中國(guó)傳統(tǒng)紡織行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的內(nèi)暖纖維、內(nèi)暖烯孔、內(nèi)暖絨三大系列上百個(gè)衍生產(chǎn)品。

在力學(xué)方面，石墨烯是人類已知最強(qiáng)最高的物質(zhì)，其楊氏模量達(dá)1Tpa，與單壁碳納米管相當(dāng)，強(qiáng)度約為180GPa，是普通鋼材的100倍。此外，石墨烯還具有良好的韌性，單位面積石墨烯片可承受4公斤重量，可見(jiàn)其韌性相當(dāng)于碳纖維的20倍。在熱學(xué)方面，石墨烯自身的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到5300W/m·K，是室溫下最好的導(dǎo)熱材料，導(dǎo)熱性能是碳納米管的1.51倍，是銅的13倍。在電學(xué)方面，石墨烯是室溫下最好的導(dǎo)電材料，由于其特殊的能帶結(jié)構(gòu)使常溫下電子運(yùn)動(dòng)干擾小，傳輸質(zhì)量大幅提高。石墨烯的電學(xué)性能突出表現(xiàn)在高載流子遷移率及高電流密度，其載流子遷移率達(dá)15000cm2/V·s，相當(dāng)于商用硅片的10倍。電流密度耐性為2億A/cm2，相當(dāng)于銅的100倍。

在全球主要優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)件數(shù)排位中，中國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)申請(qǐng)件數(shù)名列前三，分別為6714、2892、2632件。石墨烯的研發(fā)主要集中在亞洲及北美洲，其中中國(guó)是主要的研發(fā)國(guó)家，最早優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)數(shù)約占全球50%。全球前十位石墨烯專利申請(qǐng)人中，有五位是中國(guó)高校，兩位是韓國(guó)高校，只有三家是企業(yè)，高校占70%，可見(jiàn)目前石墨烯的研發(fā)主力仍然在高校。從專利數(shù)量看，專利申請(qǐng)數(shù)最多的申請(qǐng)人為韓國(guó)三星、韓國(guó)高科技學(xué)院及美國(guó)IBM，專利申請(qǐng)數(shù)分別為503、223、199件，可見(jiàn)全球石墨烯研發(fā)技術(shù)領(lǐng)先機(jī)構(gòu)主要分布在韓國(guó)。

全球石墨烯專利最為集中的前五個(gè)領(lǐng)域分別為鋰電子電池、生化傳感器、超級(jí)電容器、催化劑及導(dǎo)電復(fù)合材料。

全球便攜式鋰電池市場(chǎng)規(guī)模自2012年以來(lái)逐年增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)未來(lái)在2020年以前保持每年約10%的平均增長(zhǎng)率。其中鋰電池在手機(jī)、平板電腦及筆記本方面的需求量將保持8%的年平均增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)2017年便攜式鋰電池在手機(jī)、平板電腦及筆記本方面的需求量達(dá)到45，000MWh。

根據(jù)Graphenea統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前CVD法生產(chǎn)單層石墨烯的成本約為7歐元/平方厘米，未來(lái)幾年內(nèi)隨著石墨烯生產(chǎn)工藝的成熟，生產(chǎn)成本將進(jìn)一步降低。預(yù)計(jì)2020年，CVD法生產(chǎn)單層石墨的成本將降至0.07歐元/平方厘米。石墨烯生產(chǎn)價(jià)格的大幅降低，將使石墨烯導(dǎo)電劑突破成本瓶頸，從而以更加合理價(jià)格占領(lǐng)下游市場(chǎng)。根據(jù)石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2015年石墨烯導(dǎo)電劑的價(jià)格為230美元/千克，與碳納米管導(dǎo)電劑價(jià)格大致相同。但是，石墨烯導(dǎo)電劑價(jià)格下降的幅度將遠(yuǎn)超于碳納米管導(dǎo)電劑價(jià)格的下降幅度，預(yù)計(jì)到2020年，石墨烯導(dǎo)電劑價(jià)格將降至113美元/千克，碳納米管價(jià)格依然維持在200美元/千克的水平，石墨烯導(dǎo)電劑的價(jià)格優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯。

中國(guó)國(guó)家質(zhì)檢總局黨組成員、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)主任田世宏不久前接受采訪時(shí)介紹，中國(guó)石墨烯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將于2017年發(fā)布。

繼華為推出業(yè)界首個(gè)高溫長(zhǎng)壽命石墨烯基鋰離子電池之后，被視為“新材料之王”的石墨烯在應(yīng)用方面又有新突破。2016年12月6日，全球首個(gè)石墨烯高端產(chǎn)業(yè)應(yīng)用——“石墨烯表面波探測(cè)技術(shù)”在北京發(fā)布。該技術(shù)可以替代基于傳統(tǒng)SPR技術(shù)的探測(cè)系統(tǒng)。此外，石墨烯表面波探測(cè)技術(shù)還可以極大提高探測(cè)技術(shù)在科技、醫(yī)療、安防等行業(yè)中的應(yīng)用效果，甚至幫助特殊人群完成“不可能完成的任務(wù)”。

中國(guó)已將石墨烯列為戰(zhàn)略前沿材料之一，并列入“十三五”規(guī)劃。中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)形成了以江浙為中心，山東、重慶、四川、京津冀、廣東、福建、廣西等區(qū)域競(jìng)相發(fā)展的格局。

我國(guó)約占全球石墨烯企業(yè)的3/4，以中小初創(chuàng)企業(yè)為主。截止到2016年8月底，我國(guó)從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用等相關(guān)企業(yè)數(shù)量超過(guò)400家，約占全球石墨烯企業(yè)數(shù)量的四分之三，主要集中在長(zhǎng)三角、珠三角和京津冀魯區(qū)域，寧波、常州、無(wú)錫、青島、重慶等地都紛紛設(shè)立了石墨烯產(chǎn)業(yè)園區(qū)。國(guó)內(nèi)涉及石墨烯產(chǎn)品研發(fā)的主要以中小企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)為主；同時(shí)也有少數(shù)大型公司參與。

“石墨烯+”行動(dòng)目前已開(kāi)始實(shí)施，主要采取“一條龍”模式，組織推動(dòng)石墨烯材料及其改性產(chǎn)品的首批次示范應(yīng)用。

根據(jù)中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟預(yù)測(cè)，全球石墨烯應(yīng)用市場(chǎng)將在2018年形成產(chǎn)業(yè)爆發(fā)點(diǎn)，而中國(guó)的石墨烯市場(chǎng)將占據(jù)全球石墨烯市場(chǎng)份額的70%以上，在全球石墨烯市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。

石墨烯既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的貓。

石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來(lái)生產(chǎn)未來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍。

中國(guó)和世界能夠同步的科學(xué)技術(shù)不多，而石墨烯是我們有望走在前面的一個(gè)新產(chǎn)業(yè)，因此值得投入和推廣這一產(chǎn)業(yè)。我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展在環(huán)境和制度的建立方面已經(jīng)小有成就，研發(fā)應(yīng)用的推進(jìn)還在穩(wěn)步繼續(xù)。近兩年石墨烯得到越來(lái)越多的關(guān)注，也吸引了很多投資，面對(duì)資本市場(chǎng)的熱捧，石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還是要去粗取精，企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)需要沉下心來(lái)搞研發(fā)，按部就班搞生產(chǎn)，待到應(yīng)用技術(shù)成熟之時(shí)就是石墨烯產(chǎn)業(yè)崛起之時(shí)。