2017年中國石墨烯產業預測

李希平

石墨烯作為戰略新材料，將逐漸向產業化生產、規模化應用過渡。

石墨烯是從石墨材料中剝離出來的二維碳材料，按照碳原子層數可分為單層石墨烯、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構排列構成的嚴格單層碳材料，是一種沒有能隙具有線性能量分布的半導體，由于電子可以在晶體中自由移動而賦予單層石墨烯非常好的導電性。

石墨烯被納入我國《新材料產業十二五發展規劃》中鼓勵發展的新材料，而《中國制造2025》則進一步明確規劃了未來十年我國石墨烯產業的發展路徑，總體目標是2020年形成百億元規模，2025年突破千億元，重點是石墨烯制備實現規模化，儲能電化學器件等領域實現產業化。

全國人大代表，圣泉集團總裁唐一林在接受《中國經濟信息》記者采訪時表示，2017年應該是我國石墨烯產業發展成果爆發年，我們要抓活創業思路，加大創新步伐，利用互聯網這種富有生命力的新商業模式去落實黨的十八屆五中全會從協調推進“四個全面”戰略布局出發，提出“推進健康中國建設”的宏偉目標。

2014年圣泉集團在全球范圍內率先從植物秸稈玉米芯纖維素中提取出生物質石墨烯，也打通了石墨烯材料到經濟消費品的石墨烯產業鏈；2015年將石墨烯添加到粘膠纖維中，并研發制造出了基于這種內暖新材料而制成的養體內衣系列、除臭襪品系列等產品，實現了石墨烯的產業化和商業化應用，同年與滌綸復合研發成功，使石墨烯應用在紡織行業取得了重大的突破；2016年又將生物質石墨烯與錦綸、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合應用，研發出內暖絨健康被、內暖絨服、石墨烯助眠枕等系列產品，成功打造出了推動中國傳統紡織行業轉型升級的內暖纖維、內暖烯孔、內暖絨三大系列上百個衍生產品。

在力學方面，石墨烯是人類已知最強最高的物質，其楊氏模量達1Tpa，與單壁碳納米管相當，強度約為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，可見其韌性相當于碳纖維的20倍。在熱學方面，石墨烯自身的導熱系數達到5300W/m·K，是室溫下最好的導熱材料，導熱性能是碳納米管的1.51倍，是銅的13倍。在電學方面，石墨烯是室溫下最好的導電材料，由于其特殊的能帶結構使常溫下電子運動干擾小，傳輸質量大幅提高。石墨烯的電學性能突出表現在高載流子遷移率及高電流密度，其載流子遷移率達15000cm2/V·s，相當于商用硅片的10倍。電流密度耐性為2億A/cm2，相當于銅的100倍。

在全球主要優先權專利申請件數排位中，中國、韓國、美國申請件數名列前三，分別為6714、2892、2632件。石墨烯的研發主要集中在亞洲及北美洲，其中中國是主要的研發國家，最早優先權專利申請數約占全球50%。全球前十位石墨烯專利申請人中，有五位是中國高校，兩位是韓國高校，只有三家是企業，高校占70%，可見目前石墨烯的研發主力仍然在高校。從專利數量看，專利申請數最多的申請人為韓國三星、韓國高科技學院及美國IBM，專利申請數分別為503、223、199件，可見全球石墨烯研發技術領先機構主要分布在韓國。

全球石墨烯專利最為集中的前五個領域分別為鋰電子電池、生化傳感器、超級電容器、催化劑及導電復合材料。

全球便攜式鋰電池市場規模自2012年以來逐年增長，預計未來在2020年以前保持每年約10%的平均增長率。其中鋰電池在手機、平板電腦及筆記本方面的需求量將保持8%的年平均增長率，預計2017年便攜式鋰電池在手機、平板電腦及筆記本方面的需求量達到45，000MWh。

根據Graphenea統計，當前CVD法生產單層石墨烯的成本約為7歐元/平方厘米，未來幾年內隨著石墨烯生產工藝的成熟，生產成本將進一步降低。預計2020年，CVD法生產單層石墨的成本將降至0.07歐元/平方厘米。石墨烯生產價格的大幅降低，將使石墨烯導電劑突破成本瓶頸，從而以更加合理價格占領下游市場。根據石墨烯產業聯盟的統計數據，2015年石墨烯導電劑的價格為230美元/千克，與碳納米管導電劑價格大致相同。但是，石墨烯導電劑價格下降的幅度將遠超于碳納米管導電劑價格的下降幅度，預計到2020年，石墨烯導電劑價格將降至113美元/千克，碳納米管價格依然維持在200美元/千克的水平，石墨烯導電劑的價格優勢逐漸凸顯。

中國國家質檢總局黨組成員、國家標準化管理委員會主任田世宏不久前接受采訪時介紹，中國石墨烯國家標準將于2017年發布。

繼華為推出業界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池之后，被視為“新材料之王”的石墨烯在應用方面又有新突破。2016年12月6日，全球首個石墨烯高端產業應用——“石墨烯表面波探測技術”在北京發布。該技術可以替代基于傳統SPR技術的探測系統。此外，石墨烯表面波探測技術還可以極大提高探測技術在科技、醫療、安防等行業中的應用效果，甚至幫助特殊人群完成“不可能完成的任務”。

中國已將石墨烯列為戰略前沿材料之一，并列入“十三五”規劃。中國石墨烯產業形成了以江浙為中心，山東、重慶、四川、京津冀、廣東、福建、廣西等區域競相發展的格局。

我國約占全球石墨烯企業的3/4，以中小初創企業為主。截止到2016年8月底，我國從事石墨烯研發、生產、應用等相關企業數量超過400家，約占全球石墨烯企業數量的四分之三，主要集中在長三角、珠三角和京津冀魯區域，寧波、常州、無錫、青島、重慶等地都紛紛設立了石墨烯產業園區。國內涉及石墨烯產品研發的主要以中小企業和初創企業為主；同時也有少數大型公司參與。

“石墨烯+”行動目前已開始實施，主要采取“一條龍”模式，組織推動石墨烯材料及其改性產品的首批次示范應用。

根據中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟預測，全球石墨烯應用市場將在2018年形成產業爆發點，而中國的石墨烯市場將占據全球石墨烯市場份額的70%以上，在全球石墨烯市場上占據主導地位。

石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強度最高的材料，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用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數百倍。

中國和世界能夠同步的科學技術不多，而石墨烯是我們有望走在前面的一個新產業，因此值得投入和推廣這一產業。我國石墨烯產業發展在環境和制度的建立方面已經小有成就，研發應用的推進還在穩步繼續。近兩年石墨烯得到越來越多的關注，也吸引了很多投資，面對資本市場的熱捧，石墨烯產業的發展還是要去粗取精，企業和科研機構需要沉下心來搞研發，按部就班搞生產，待到應用技術成熟之時就是石墨烯產業崛起之時。