泉州石墨烯產業發展瓶頸及對策的探究

摘要：石墨烯被譽為“改變21世紀的神奇材料”，是“十三五”期間戰略性新興產業，發展石墨烯產業有利于提升高新技術、工業科技實力、國民經濟水平。2018年底，泉州市勾勒了石墨烯產業發展路線圖，在紡織鞋服、功能性涂料、水處理等產業已經初步起到積極的推動作用，但也存在著技術門檻高、低水平重復研究、市場需求尚未啟動、人才培養跟不上產業需求等發展瓶頸，泉州擬發揮區位優勢、產業優勢和市場優勢，推動石墨烯產業在應用領域實現重點突破，依托石墨烯產業培育經濟增長新動能、打造新引擎。重點對解決泉州石墨烯產業發展瓶頸的對策進行了探究。

關鍵詞：石墨烯;復合相變材料;防腐蝕涂料;產業化應用

中圖分類號：TQ127

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.10.008

1 引言

近年來，泉州市石墨烯產業取得了較快發展，產業規劃、政策引導、實施路徑和產業培育等方面取得了一定進展。比如組織實施《泉州市新材料產業轉型升級路線圖》，支持晉江石墨烯產業技術研究院建設1 000萬元。立項支持信和新材料股份有限公司開發海洋工程用石墨烯基防腐蝕涂料，支持華僑大學開展“石墨烯微片復合相變材料的制備及其在鞋服中的應用”課題研究;支持建設福建師范大學泉港石化研究院開展石墨烯/環氧樹脂涂料研究;設立了“新材料重點產業科技創新”重大科技專項，支持石墨烯批量化、低成本生產技術和產業化應用，精細化工、先進高分子材料開發。全市共推薦申報21個項目，經專家評審和現場考察，確定“氧化鋯陶瓷燈絲開發與應用”等8個項目列入新材料重點支持的科技項目。

2 產業發展現狀

2.1 石墨烯產業為紡織鞋服產業更新思路

泉州傳統支柱產業紡織鞋服與石墨烯的“有機融合”，讓產業轉型升級找到了新的突破口。石墨烯纖維、石墨烯抗菌織物、石墨烯抗靜電織物等功能性服裝面料已在不少大型紡織服裝企業實現產業轉化。比如晉江市華宇織造有限公司、晉江龍峰織造有限公司等企業與晉江石墨烯研究院合作，利用石墨烯納米線技術，開發了防水透氣、防輻射、抗靜電的功能性面料。

在鞋業方面，泉州寶峰鞋業有限公司建成泉州市第一條石墨烯應用產品生產線，應用石墨烯生產具備殺菌、高彈性、抗拉功能的EVA發泡材料、鞋墊等，開發出全球最輕的拖鞋;運用石墨烯輕質鞋材、石墨烯3D多層微氣囊以及石墨烯抗菌鞋墊等技術。貴人鳥開發出質量僅為120g的運動鞋，目前世界知名品牌的輕型跑鞋質量每只200g以上，達到國際先進水平;晉江成昌鞋業與華僑大學合作，將石墨烯融人鞋材中，力爭研發出勝過阿迪達斯“爆米花”的功能性鞋材，目前該鞋材在降低材質重量的同時，還極大提升了產品的耐磨性與耐彎折性。

2.2 石墨烯產業為功能性涂料產業提供方向

福建信和新材料股份有限公司作為主起草單位，牽頭制定了石墨烯涂料防腐蝕與防輻射兩項標準。目前信和公司致力于開發石墨烯在軍工和民用涂層材料上的應用技術，開展有關石墨烯在防腐、防霉涂料、隱形（吸波）涂料和抗靜電涂料和油漆的研究工作，已與國內外多家研究機構及著名大學聯合成立產業化研發基地，并建成“信和石墨烯研究院”。

2.3 石墨烯產業為水處理產業繪制藍圖

常規材料產品的噴頭器具一般具有使用壽命短、容易堵塞出口、給平時清理衛生帶來了很大的麻煩等問題。為了解決這些問題，九牧廚衛股份有限公司大力研發石墨烯噴頭，石墨烯噴頭與常規材料的產品相比，產品使用壽命還可延長3-5倍，更為環保耐腐蝕，并具有很強的疏水性，自潔能力強。

3 產業發展的優勢

石墨烯產品研發周期長、投入資金量大、對復合型人才的要求極高，因此，單靠普通中小企業自身投入，很難在這一領域獲得突破。面對這一形勢，扶持建設石墨烯科技公共服務平臺，為相關產業提供技術支撐，是經實踐證明行之有效的方案。目前，泉州石墨烯相關公共服務平臺及研究院所雖不多，但已顯現活躍的產業創新能量。

3.1 公共服務平臺建設穩步推進

泉州市努力搭建開放的石墨烯公共技術平臺，成立“福建海峽石墨烯產業技術研究院”，下設智能穿戴及物聯網、先進面料、先進光伏、先進高分子4個技術研究中心，引進以千人計劃專家許志為首的一流科學家團隊，重點對先進面料、先進高分子材料、先進光伏技術、物聯網技術研發及智能穿戴進行研究。目前，該研究院已開發石墨烯3D多層微氣囊技術應用于拖鞋及運動鞋;同時開發單層石墨烯薄膜規模化生產技術，并研發出石墨烯高分子抗菌鞋墊，抗菌率高達80%。推出的石墨烯防水材料能承受2個大氣壓的水壓而不漏水，可廣泛應用于鞋服、包袋產業，正與恒安集團商談合作可能。

在已產業化的產品部分，石墨烯研究院與貴人鳥共同開發推出120g的石墨烯跑鞋;而石墨烯3D多層微氣囊技術則被應用于寶峰的拖鞋中，目前在各大商場布局的“拖鞋定制”設備中，幾分鐘就能做出一雙石墨烯拖鞋;研究院開發出石墨烯納米線，與華宇織造、龍峰等晉江知名紡織企業協同開發出功能面料，該技術未來還可應用于航天工業、智能穿戴方面。目前，石墨烯研究院還重點推出可高效去除甲醛真菌異味等空氣凈化用高性能過濾芯片，其清除有害物質的速度比傳統吸附方式高100倍以上。同時，高穩定性的鋰電池負極材料技術也正加緊研發，研究院開發出基于石墨烯技術的硅基高能負極材料添加劑，這種鋰電池負極材料添加劑可大幅度提升電池容量，且具有很高的穩定性，一旦成功未來手機充電只需5 min即可充滿。華為瓦特實驗室和研究院合作，計劃共同推出第一代石墨烯加硅陽極組合鋰電池。

3.2 高校研究院所應用研究初見成效

華僑大學材料科學與工程學院致力于“石墨烯微片與聚合物的復合研究”，設立“福建省石墨烯粉體及復合材料工程技術研究中心”。其與廈門凱納石墨烯技術股份有限公司實現深度合作，自主開發的物理法生產石墨烯的工藝，解決了石墨烯生產中產生廢酸、廢水的難題，實現了清潔生產。此外，目前還與廈門祥福興公司正共同開發石墨烯偏光片，有望打破外國廠商在偏光片領域的壟斷之勢。并與泉州多家企業在化纖、鞋材等方面展開合作，并成立了“華大成昌石墨烯、塑膠研發中心”。

福建師范大學泉港石化研究院運用化學氧化還原法及熱還原法制備石墨烯，嘗試放大研究及石墨烯在高分子材料中的應用，取得了初步成果。

泉州師院目前協助信和涂料研發石墨烯功能涂料，紡織服裝學院開發石墨烯改性濾芯及防微生物熔噴無紡布項目等技術。

4 產業發展瓶頸

目前，泉州石墨烯產業尚處于初級階段，在產業化發展過程中面臨著諸多瓶頸。

4.1 技術門檻高，前期投資大

目前，石墨烯生產工藝和各項技術尚未成熟，因此，石墨烯產品的研發生產以及未來的市場推廣需要投入巨額資金，研發時間長、資本投入高。據企業公告顯示，寶峰集團花費22億元收購了藍石科技的石墨烯技術。其他企業投入的資金雖沒有這么可觀，但也動則上百萬元，將大部分資金實力不足的中小企業隔絕在石墨烯產業之外。

4.2 低水平重復研究的現象普遍

當前研發主要集中在石墨烯復合材料、功能材料領域，比如皮革材料、鞋服材料、復合涂料等，主要作為“工業添加劑”存在，趨于低端化，缺乏系統性。幾乎所有傳統產業都能與石墨烯搭上點關系，但每個行業的應用卻未能形成系統性研究及突破性技術成果，難以形成大規模的產業普及應用。而目前國際市場公認的石墨烯最有前景的應用領域則主要集中于通信、儀器設備、醫療健康、電子信息、可穿戴設備。這方面除了晉江石墨烯研究院和輝銳科技外，幾乎沒有企業涉及，高校的相關研究則停留在實驗室、理論階段，未實現產業化。

4.3 缺乏“殺手級”應用，市場需求尚未啟動

產品研發主要集中于中低端民用品領域，而對這一部分市場而言，對“成本”的敏感度極高，這就導致當前成本仍較高的石墨烯市場推廣遇阻。近年來，一些企業對外公布已經實現量產，市場上石墨烯價格下降到3-5元/克。但是那些宣稱已經實現量產的并不是真正單層的石墨烯，大多是一些多層堆疊、品格缺陷較大的類產品，只能體現石墨烯的一小部分特性。目前品質稍微好一些的石墨烯粉體1 g價格都在300元以上。

有企業反映，當前石墨烯產品推廣中最大的難題就是“性價比問題。市場上還未出現“非石墨烯不可”的“殺手級”應用，添加石墨烯能達到的效果，其他材料也能做到，雖然在效果上可能會有一點點折扣。但其他材料價格低、技術成熟度更高，要勸服客戶接受成本更高、且未經市場檢驗的石墨烯產品難度極高。

4.4 人才培養跟不上產業需求

產業的發展亟需納米材料領域高科技人才，同時，隨著與電子、鞋服等領域的融合，對復合型高端人才的需求越來越大，但相關人才的培養明顯跟不上產業發展需求。而石墨烯屬于新興產業，泉州乃至福建的高校都未設石墨烯相關專業，人才的培養只能靠實踐摸索;另一方面，許多涉及石墨烯產業企業仍然處于創新創業的起步期，怎樣才能吸引人才、留住人才成為石墨烯產業發展的瓶頸。

5 產業發展對策

為了推動石墨烯產業發展，建議應該著重從以下幾方面尋求突破。

5.1 強化政策引導和資金扶持

制訂泉州石墨烯產業專項發展規劃，并設立產業扶持基金。依托泉州已經規劃的石墨烯產業園區，引進有關的上下游產業鏈配套企業，集群規模發展。加強石墨烯企業投融資方面的引導，利用天使基金、創投基金，引導各類社會資本參與企業股權的并購和高端項目的開發，為石墨烯產業提供充足的發展資金。

5.2 建設公共服務平臺

積極探索搭建石墨烯產業研發服務平臺，鼓勵設立新型科研機構。鼓勵泉州民營傳統產業、社會資本、科研人才一起參股共建重大研發平臺，建立向相關企業開放的石墨烯材料與器件開發數據庫，完善石墨烯產業在發展中所需的公共研發、檢驗檢測服務，引導研發企業和下游用戶、相關科研院所合作，圍繞石墨烯產品生產和性能優化等方面，建立聯合開發機制，推動石墨烯產業在應用和共性技術研發的發展。加快成立產業技術創新戰略聯盟、產業技術轉移中心，建立產業專家委員會，組織對石墨烯產業進行深入調研，編制產業發展的遠近規劃;構建專利知識產權的運營平臺，設立“專利池”，鼓勵開展專利知識產權運營服務，促進發明專利的產出和成果轉移轉化。

5.3 引進產業發展所需的人才

研究出臺石墨烯產業人才引進的相關政策，通過人才引進加快石墨烯產業發展。大力支持龍頭企業、高校院所引進、培養石墨烯產業發展亟需的高層次應用型研發人才，特別是利用泉州地域優勢，引進海內外產業鏈上某一學科或技術領域的專家、帶頭人，壯大石墨烯產業人才隊伍。

5.4 實施一些重大科技專項

針對整個石墨烯行業發展的瓶頸，設立一些石墨烯方面重大關鍵技術研發和產業化前期引導項目，規避批量化、低成本的生產技術，力促產業化應用共性關鍵技術的突破。

5.5 布局一批產業集群

積極開展技術對接，多渠道進行項目招商活動，促進石墨烯產業化項目引進和落地投產;出臺推廣應用相關政策，建立產品首批次應用示范風險補償機制，促進石墨烯技術和產品的推廣應用。同時，根據各地域產業的特點，合理布局產業集群，比如，在泉港、晉江、洛江區、臺商投資區南安等縣市區分別布局石墨烯在高分子材料上應用、石墨烯在鞋服上應用的產業、石墨烯在涂料上應用、石墨烯在光電上應用、石墨烯在半導體上應用的產業集群，形成特色的區域產業特點。

5.6 重視高端應用領域

石墨烯的應用必然是一個由低端向高端延伸的過程，比如石墨烯與傳感器、動力電池、集成電路等的結合，這些都是當前石墨烯的重點研發方向，也是未來石墨烯產業的真正高附加值領域。根據全球石墨烯科技發展趨勢，結合泉州產業結構特點和石墨烯產業發展水平，本著有所為有所不為的原則，未來發展石墨烯產業建議可在以下幾個領域重點實施：①導熱材料方面。包括導熱系數較高的石墨烯散熱片/膜以及石墨烯改性的復合材料，比如導熱塑料和熱導纖維等，這種技術領域的市場很大，在中國目前工程以及電子領域具有比較大的市場需求，工藝相對成熟、技術難度也較小，有快速風靡市場的機會。②導電添加劑方面。可以在電池電極內構建三維導電網絡，這是一種比較新型高端的鋰電池導電的添加劑。對于以往l0% - 15%的導電炭黑，目前0.5% -2%的石墨烯導電添加劑就可代替，還能降低鋰電池的內阻，從而提高電池循環壽命以及倍率性能，解決目前動力與儲能鋰電池綜合性能比較弱的問題。③功能性紡織復合材料方面。石墨烯紡織復合材料具有特別的防輻射、抗靜電方面功能，同時還有優良的力學、吸濕性、抗菌性、熱學、溶脹性等方面的特性，為生物醫用紡織抗菌醫用材料、柔性傳感器等提供新材料。④防腐涂料方面。石墨烯在防腐漆膜中的“迷宮”結構有助于提高抗腐蝕效能，且技術相對成熟。中國推動海洋強國發展戰略，艦船和海洋工程對此有巨大的市場需求，且這類涂料在石油管道和儲罐內壁涂層應用市場很大。⑤導電塑料和油墨方面。新型導電油墨和塑料的主填充料也可以用石墨烯、納米銀粉等，也可以和石墨烯混合配制成新型導電漿料或油墨，可通過改變石墨烯的填充比例調節導電油墨的附著性能和電阻率。在物聯網隱形條形碼技術中，發現美國Vorbek材料公司已經開始應用石墨烯導電油墨。中國有巨大的物聯網市場，前景非常誘人，可以大力推廣應用在防靜電應用領域，其工藝簡便、成本低廉，優勢明顯。

5.7 加強市場化應用引導

定期公布最新的研究成果和產業化動態，聚集石墨烯產業界人士智慧，推動石墨烯潛在應用空間，為一些有實際需求，但專業領域欠缺的企業提供深入探討的平臺。同時，開展石墨烯試用推廣，以典型帶動產業發展，鼓勵在具有示范性、導向性的行業開展應用推廣，讓一些先導用戶成為示范，逐步推廣，并對示范應用企業用戶給予一定政策支持，進一步加大市場培育，使產業得到發展。

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