國內外石墨烯發展及遼寧石墨烯現狀分析

張永財 楊秋生

關鍵詞：石墨烯;新材料;產業現狀

1前言

石墨烯是由碳原子緊密堆積而成的二維晶體，是目前已知的最薄也最堅硬的納米材料，具有超薄、超輕、超柔韌、超高強度、超強導電性、優異的導熱和透光性等特性，集透光性好、導熱系數高、電子遷移率高、電阻率低、機械強度高等多種優異性能于一身，在電子學、光學、磁學、生物醫學、催化、儲能和傳感器等諸多領域有著廣闊而巨大的應用潛能，是主導未來高科技競爭的超級材料，被稱為“黑金”、“新材料之王”。自2010年兩位發現者獲得諾獎之后，全球就掀起了石墨烯制備、改性和應用的研究熱潮，并被產業界、各國政府、國際知名大企業和公眾寄予無限的希望。

2全球石墨烯產業發展概況

各國紛紛布局石墨烯，搶占產業制高點。

石墨烯作為一種新型的二維納米材料，因其優異的性能在電子信息、新材料、新能源、生物醫藥、環境保護等諸多領域具有巨大的應用潛能和革命性變革，世界各國和跨國企業紛紛投入巨資加強石墨烯的研發、生產和應用，以期搶占產業制高點。

目前，全球已有80多個國家投入石墨烯的研發、生產。美國、歐盟、日本、韓國等相繼發布或資助了一系列相關研究計劃和項目。特別是歐盟制定了石墨烯旗艦計劃，計劃投入10億歐元。全球石墨烯研發、生產綜合實力最強的前三甲是美國、日本、中國。不僅如此，IBM、英特爾、陶氏化學、三星等國際知名跨國企業紛紛將石墨烯及其應用技術作為長期戰略發展方向，而且還涌現出了大批專門從事石墨烯研發、生產和應用的機構和企業。

3我國石墨烯產業發展的現狀及存在的問題

我國是全球石墨烯研發和產業化最為活躍的國家之一。

我國高度重視石墨烯的研發與產業化發展。上至國家領導人，下至地方政府、媒體、企業和普通老百姓都十分關注石墨烯及產業的發展進展。國家自然基金委、科技部、國家發改委、工信部等相關部委都高度重視石墨烯的研發、生產與應用，不斷加大投入和支持力度。目前已經有幾百家科研機構和公司從事石墨烯材料及其相關產品的研發。

我國石墨烯技術創新成果頻出，產業化發展勢頭迅猛，走在世界前列。據統計，截止2016年底，我國石墨烯專利申請量占全球68.2%，85%以上的理工科學校都有石墨烯相關的研究團隊，有的高校甚至一個學校就多達10多個研究團隊。2017年，兩項石墨烯研究成果獲得國家科技進步獎。不僅如此，我國從事石墨烯研發、生產的企業數也是全球最多。

截至2017年2月底，全國在工商登記注冊的石墨烯企業2509家，僅2016年一年就新增457家。我國石墨烯應用產品上百種，但是得到市場認可的寥寥無幾。資本市場也紛紛拿石墨烯進行炒作，一些投資機構和上市企業紛紛進軍石墨烯領域。目前涉及石墨烯概念股將近40-50家。各地政府紛紛通過制定產業規劃、建立產業園區、設立重點科技專項和產業引導基金、建立產業聯盟和技術創新聯盟、組建研究院和出臺扶持政策等措施，支持石墨烯產業的發展。

據粗略統計，截至目前，全國石墨烯產業園區、研究院等多達37家;幾乎每個月都有1-2場石墨烯相關的會議、論壇等。近年來，石墨烯也受到各種媒體的熱捧，關于石墨烯的各種報道鋪天蓋地，頻繁進入人們的眼球，充斥著“一片藍?！?、“帶來萬億級市場”、“顛覆性革命”、“充電十分鐘，可跑1000公里”、全面代替硅材料等，言過其實、過分夸大石墨烯性能的標題。

產業低端化發展苗頭初顯。

與美、日、韓等發達國家相比，我國石墨烯研究和產業發展基本處于產業鏈和價值鏈的低端，雖然資本界、學術界、媒體界等“熱情高漲”，但無法掩蓋上游材料生產企業盲目擴大產能，下游應用集中在附加值低的產品、低端產能擴張過快、產品同質化嚴重等問題，已經初步顯示出“低端化“發展的苗頭。

主要表現在：專利“重量輕質”。雖然我國石墨烯專利申請量超過全球申請總量半數以上，穩居全球首位，但存在實用新型專利多、原創基礎專利少，國內專利多、國際專利少，高校專利多、企業專利少的現象。下游“優材低用”。目前下游應用多集中在粉體（類石墨烯）領域，產品主要是石墨烯智能保暖理療暖貼、石墨烯發熱服裝、石墨烯織物等輕應用，同質化現象十分嚴重，即將石墨烯作為改性添加劑應用于涂料、復合材料、動力電池等規模大但對石墨烯的品質要求并不高的領域，產品附加值不高，在晶體管、傳感器、柔性觸摸屏、可穿戴設備、環境治理等高端應用領域偏少。環保“隱患猶存”。目前的制備技術普遍存在能耗、水耗大和工藝不環保等問題，對生態環境保護存在較大隱患。

面臨技術、市場、成本三大產業化制約瓶頸。

目前，石墨烯雖然已經走出了實驗室，但是大規模商業化應用仍然面臨著很多制約因素。

首先是技術問題。包括制備、分散、應用和環保等關鍵技術和裝備都尚未突破。雖然目前石墨烯制備技術已經有20多種，但規模化、低成本、高品質和大尺寸的宏量制備技術尚未取得實質性突破，難以滿足工業化量產的需求。材料的分散技術，以及與下游工藝、工程化應用相結合的技術等都還制約著產業化進程。

其次是市場問題。雖然目前各種應用產品層出不窮，百花齊放，但是缺乏真正的高品質、高附加值和體現石墨烯獨特性能的殺手锏級產品，絕大多數只不過是對傳統材料進行改性或者努力替代已經成熟的材料，經過改性后的材料性能提升并不明顯，或者石墨烯并不是非添加不可，個別甚至在添加之后出現不良后果，難以得到市場認可。一些研究機構或企業號稱取得了突破進展，也只不過是做出了樣品或實驗室產品，根本沒有形成商品。目前大多數石墨烯生產企業還主要是給科研機構或下游應用企業提供石墨烯試用品。如果下游應用市場沒有激活，石墨烯就很難產業化。

三是成本問題。目前大多數企業尚處于小批量生產的探索階段，還不能形成穩定的規模化生產能力，沒有資金的回籠;且企業前期的研發投入資金量大、周期長，應用市場沒有打開，所以不論是材料本身，還是應用產品的成本都很高，這都阻礙了石墨烯進一步走向市場。此外，石墨烯產業化之路還存在其他一些障礙。比如，石墨烯在某些性能方面本身也存在競爭性材料，如碳纖維、碳納米管、硅材料、石墨烯粉體等。石墨烯制備還存在著環境風險。氧化石墨烯制備過程中需要大量的酸、堿，材料本身具有較強的穩定性和極易擴散，對環境具有較大的風險。石墨烯的標準缺乏，加之一些誤導，使得人們對石墨烯還存在認知上的誤區，如片面夸大石墨烯的微觀性能、將“類石墨烯”石墨烯化（如將石墨烯、氧化石墨烯、石墨粉體等混為一談）、石墨烯必須依托石墨資源等。

4我國石墨烯產業分布

國內石墨烯重點發展區域包括環京地區、東部沿海地區和內蒙古-黑龍江地區。其中，北京擁有全國半數以上的石墨烯科研院所和科研人員，人才、科技資源豐富，石墨烯基礎研究處于國內領先地位。同時，該地區還擁有全國最集中的投融資平臺，對石墨烯產業發展形成有力的資金支撐。東部沿海地區（包括山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東等）是我國石墨烯產業發展最活躍、產業體系最完善、石墨烯下游應用市場開發最迅速的地區，該地區石墨烯相關企業數量超過千家，業務領域涵蓋了石墨烯生產設備、原料制備、下游應用和科技服務等，產業鏈逐步完善。內蒙古-黑龍江地區因其擁有國內最豐富的石墨資源儲量，也成為我國石墨烯產業發展的重點區域，但該地區石墨烯產業起步較晚，大多數企業處于初創階段，發展速度較慢。

我國石墨烯產業知名機構與單位。

（1）中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟（北京成立初期26家）。

成員127家：高校28家，科研院所12家，企業86家，政府1家。國內理事單位119家，國外理事單位8家，基本囊括國內外從事石墨烯研發及產業化的主流單位。

（清華大學、中科院金屬所、華為）。

①聯盟產業促進委員會秘書處（上海）。

②青島國際石墨烯創新中心（聯盟與青島高新區合作成立）。

（2）無錫石墨烯產業發展示范區。

（3）浙江省石墨烯制造業創新中心（中科院寧波材料所牽頭）。

（4）北京石墨烯研究院（北京大學與建材集團等聯合發起成立）。

（5）江南石墨烯研究院（常州第六元素材料科技股份有限公司）。

（6）全球石墨烯產業戰略研究院（聯盟與青島高新區共建）。

（7）深圳先進石墨烯應用技術研究院暨深圳石墨烯協會。

（8）重慶石墨烯研究院（中科院重慶綠色智能技術研究院等共同出資）。

（9）西安石墨烯產業技術創新戰略聯盟揭牌。

5遼寧石墨烯產業現狀及趨勢

作為我國東北的老工業基地，遼寧石墨烯產業起步較晚。目前遼寧石墨烯產業尚未建立完整的產業鏈，重點領域的產業布局仍是空白，缺少重點骨干企業支撐，在技術研發、生產制備、終端應用、技術服務以及關鍵設備等重要環節都存在不同程度的短板。

據初步統計，目前遼寧只有為數不多的科研院所和企業在從事石墨烯的研發、制備及應用工作。企業方面，遼寧現有十余家從事石墨烯相關企業，且規模較小，自主研發能力不強，呈現應用型企業居多，各自為戰的發展狀況。遼寧恒通石墨烯科技有限公司目前主營產品：石墨烯、石墨烯復合材料、新型鋰離子電池負極材料、超導儲能材料、海水淡化及海水處理材料以及航空航天智能裝備新材料的研發、制造技術服務等;遼寧中褚石墨烯材料股份有限公司主要從事石墨烯、石墨烯衍生體、碳納米管新型碳材料及其應用產品、石墨烯基復合材料、儲能材料、光電子材料、生物材料、催化劑研發、生產、銷售及相關技術轉讓、技術服務;遼寧利浩管業股份有限公司（朝陽凌源材料產業園）與天津大學等院校合作，建立了石墨烯研發中心，聯合研發“修飾性石墨烯改性聚合物”項目，成功研發出石墨烯母粒，并以石墨烯母粒為原料生產高導熱地暖管?？蒲蟹矫?，中科院沈陽金屬研究所、中科院大連化物所、大連理工大學在石墨烯基礎研究上具有較強的實力。2018年1月8日，中國科學院沈陽金屬研究所主持和完成的“高質量石墨烯材料的制備和應用基礎研究”獲國家自然科學二等獎，該項目自2007年起深入系統地開展了化學氣相沉積（CVD）法和化學氧化剝離法制備高質量石墨烯材料及其在儲能、充電和復合材料領域應用的基礎研究，取得了多項原創性成果;2019年11月，沈陽材料科學國家研究中心先進碳材料研究部科研人員，通過半導體薄膜和石墨烯轉移工藝，首次制備出以肖特基結作為發射結的垂直結構的硅一石墨烯一鍺晶體管，成功將石墨烯基區晶體管的延遲時間縮短了1000倍以上，并將其截止頻率由兆赫茲（MHz）提升至吉赫茲（GHz）領域，未來將有望在太赫茲（THz）領域的高速器件中應用，為遼寧石墨烯產業的發展奠定了雄厚的技術基礎。

目前我省石墨烯行業尚處在初期的自由發展階段，還沒有形成產業規模化發展。根據《遼寧省主要礦產資源儲量表》分析，我省石墨基礎儲量只有28萬噸，但2016年在我省的遼陽地區探獲石思晶礦儲量12145.6萬噸，是遼寧省目前探明礦石資源量最大的晶質石墨礦，為我省發展石墨烯產業提供了必要的原料儲備。

在省政府相關的人才引進、成果轉化、創新創業等方面一系列產業政策的支持下，自2017年以來，建成了凌源石墨烯新材料產業園、鳳城石墨烯新材料研發制備產業園。特別是從更高、更廣的層面實施了“一帶五基地”發展戰略，成立了省新材料工程中心，加快推進了我省新材料的發展。同時，我省已開始構建多元協同創新合作體，建立和高校、科研院所、企業共同參與石墨烯產業創新合作組織，匯各方所長，深度融合，激發企業生產活力，促進我省石墨烯產業快速發展。

6推進我國石墨烯產業健康發展的對策建議

國內外學者和產業界都認為石墨烯是一種新型的二維碳材料，看好其廣闊的應用前景。我國有著豐富的石墨資源，國家高度重視石墨烯產業的發展，在研發和產業化方面走在前列。但是，在媒體、資本的熱炒下，石墨烯也呈現出產業化虛假繁榮的泡沫和低端化趨勢，市場化應用頻頻遇冷，遭到了人們的質疑。如果人們被鼓噪起來的熱情和厚望遲遲得不到兌現或者幻滅，最終將導致石墨烯產業陷入納米、超導等材料的命運，狂熱之后是徹底地逃離、失望和不信任，這對石墨烯的研發和產業化將是致命的打擊。

石墨烯作為一種新材料，從發現到大規模應用，是一個循序漸進的過程，不可能一蹴而就，需要遵循“料-材-器-用”的規律和新興產業發展規律，更需要扎扎實實的不懈努力和鍥而不舍的創新精神、工匠精神。

一是要重新審視和評估我國石墨烯發展方向和階段。在深入研究美國、歐盟、日本、韓國等國家的石墨烯發展策略、重點方向、研發布局等，把握國際研究的主流方向，對我國石墨烯的研發方向進行重新審視，避免方向的錯誤和偏差.

二是將石墨烯重點研究方向與制造業強國戰略相統一.圍繞新一代信息技術、航空航天裝備、節能與新能源汽車、生物醫藥等重點領域發展需求，聚焦重點，從國家層面進行前沿性和戰略性方向、專利和產品的布局，而對于那些技術含量不高的產品、技術交給市場。

三是遵循相應的科學規律和階段性特征，加強頂層設計和政策指導。制定相應的發展戰略、規劃和路線圖，對各階段的發展目標、產業布局、重點企業培育、關鍵技術突破、下游應用行業、政策等進行統一部署，合理規劃產能和發展路徑，推進石墨烯差異化、特色化、集群化發展，避免低端同質化重復建設。

四是加強專利的前瞻布局和質量提升。加強石墨烯專利申請前的評估、細化專利鼓勵政策、建立完善公眾專利審查制度、加強專利授權事后審查等，提升專利質量和水平;引導實力較強的研究院所聯合企業加強專利的前瞻性、系統性布局，尤其在半導體器件、醫療健康、環境領域（如海水淡化、污水處理等）、基因測序等高技術含量領域進行專利布局。

五是盡快研究制定石墨烯技術成熟度路線圖.對技術進行成熟度評價和重點企業技術成熟度、經營狀況、產品銷售等進行評估，科學評判其產業化階段性和發展前景，避免盲目樂觀，過度炒作。堅決制止一蹴而就、急功近利和投機心理，樹立嚴謹務實、堅持不懈的工匠精神，引導媒體正確地宣傳。

整合各類創新資源，建立國家級石墨烯創新中心，制定技術創新目錄和技術突破路線圖，對材料制備技術、清潔生產技術、下游高端應用等關鍵技術加強攻關。設立石墨烯產業基金，采用政策性財政支出和社會資本共同參與的模式，加快關鍵技術成果的轉化，尋找殺手锏級的高端應用領域、方向和產品。

一是加強國際交流合作。積極參與國際標準制定，制定與國際接軌的石墨烯材料標準體系。

二是盡快研究制定一批國家標準和行業標準，建立標準規范體系。包括相關產品定義、檢測和使用標準、行業規范條件，從產業布局、生產工藝與裝備、清潔生產、質量管理等方面加以規范。

三是加強對石墨烯領域標準制定工作的財政扶持，鼓勵有條件的企業和研究機構參與制定工作，尤其是目前技術成熟度高、產業化應用較為成熟的復合材料、防腐涂料、鋰離子電池等下游應用領域，其標準的的制定更要提高相關應用企業的參與度。

出臺扶植石墨烯產業發展相關政策，加強政策引導，營造良好的發展環境;加強技術研發和人才培養;鼓勵企業創新，加強企業與高校、科研機構的緊密合作，成立企業技術中心，搭建產學研合作平臺，形成以企業為主體、產學研結合的技術創新體系，聚焦重點產品，完善重點產品產業鏈，刺激重點產品的市場需求，加快重點產品的產業化進程;鼓勵地方創立石墨烯專業園區，建設完善公共服務平臺，發揮專業園區在產學研合作中的載體作用，形成產業孵化培育體系，推動科研成果的產業化轉化。

充分發揮產業政策和財政資金的引導作用，鼓勵社會資本參與，以培育具有國際競爭力的企業為目標，選擇少數真正有創新實力的企業進行重點培育，促進人才、資源、資本向優勢企業集中;加強企業高端人才隊伍建設，結合國家“千人計劃”和國際合作項目等，幫助優勢企業引進能夠帶來核心技術的高端人才或技術團隊，建立健全高端人才保障。