摘要

　　當前，我國處于制造業由大轉強的關鍵時期，以石墨烯為代表的新材料對加快制造業轉型升級、帶動相關下游產業進步、搶占新一輪科技革命制高點等有著重要的意義。經過近十年的發展，我國石墨烯行業呈現出欣欣向榮的發展勢頭，企業數量、產業規模、科研實力、論文專利、產品種類等方面均處于領跑地位。在下游應用拓展方面，石墨烯鋰電池導電劑、石墨烯改性防腐涂料、石墨烯電加熱產品、石墨烯柔性顯示等領域已經開始初步產業化，并形成了一定的產業規模。

     石墨烯作為世界上第一種被發現可以宏觀存在的二維納米材料，自誕生之日起就吸引了全球科研界和產業界的關注。石墨烯具有超高強度、超薄超韌、導電性高、導熱性好等優異的物理化學性質，被譽為“新材料之王”，在新能源、環境保護、復合材料、電子器件、生物醫藥、航空航天等諸多領域有廣闊的應用前景。

　　當前，我國處于制造業由大轉強的關鍵時期，以石墨烯為代表的新材料對加快制造業轉型升級、帶動相關下游產業進步、搶占新一輪科技革命制高點等有著重要的意義。因發現石墨烯而獲得諾貝爾獎的英國曼徹斯特大學教授安德烈·海姆曾表示：“中國在石墨烯應用這一領域走在世界前列。

　　經過近十年的發展，我國石墨烯行業呈現出欣欣向榮的發展勢頭，企業數量、企業規模、科研實力、論文專利、產品種類等方面均處于領跑地位。在下游應用拓展方面，石墨烯鋰電池導電劑、石墨烯改性防腐涂料、石墨烯電加熱產品、石墨烯柔性顯示等領域已經開始初步產業化，并形成了一定的產業規模。

     石墨烯鋰電池導電劑已實現批量供應

      目前，鋰離子電池技術進步的兩個主要方向是提高電池容量和延長電池壽命。石墨烯由于具有超薄超韌和超高的導電性，在鋰離子電池中大有用武之地。目前，石墨烯應用在鋰離子電池領域主要有以下兩個方向：1、作為復合電極材料提升鋰電池的容量和倍率性能;2、作為正負極材料導電添加劑，降低電池內阻提升導電性。據目前的研究現狀，石墨烯直接作為電極材料對鋰電池的容量提升作用十分有限，目前最適合商業化的是用在正負極材料中作為導電添加劑，改善電極材料的導電性能，提高倍率性能和循環壽命。

　　鋰電池中常用的導電劑有導電炭黑、乙炔黑、科琴黑，SuperP、碳納米管等，現在也有電池廠家在動力電池上開始使用石墨烯作為導電劑。石墨烯、碳納米管等新型導電劑與傳統導電劑碳黑等相比，在同等效果下添加量可減少60%，越來越受到市場的青睞。

　　據調研顯示，國內最大的動力電池及新能源汽車生產商比亞迪早在2014年就開始應用石墨烯導電劑，目前已實現批量應用，除此之外，力神、國軒高科、中航鋰電等動力電池企業也在加大石墨烯導電劑的使用量。

　　目前國內可批量生產石墨烯鋰電池導電劑的企業有8家，其中規模較大的有青島昊鑫、廈門凱納、江蘇天奈、東莞鴻納、東莞海洲等。據統計，2018年國內石墨烯導電劑出貨量已達12000噸，2020年有望達到16000噸。

　　當然，目前石墨烯導電劑成本還比較高，與成熟的碳系導電劑炭黑、碳納米管相比市場份額還很小，預計在未來的3~5年內，石墨烯和碳納米管導電劑的價格將會逐步降低，雖然和傳統導電劑相比在短期內仍沒有價格優勢，但因為其性能的優異，頗受大型動力電池企業的青睞，并且隨著未來動力電池行業的集中度逐步提高，導電劑作為鋰電池里用量較小的原料，其技術敏感性要遠大于價格敏感性。

　   石墨烯電加熱，煤改電政策催生的熱潮

　　近年來，伴隨著經濟的高速增長，空氣污染越來越嚴重，北方地區頻頻爆發霧霾天氣，給人們的生命健康帶來嚴重威脅。冬季燃煤取暖是造成空氣污染的主要原因之一，為此，國家在沒有實現集中供暖的地區推動煤改電、煤改氣等清潔能源取暖技術，推廣燃氣爐、空氣源熱泵、電暖器等設備代替傳統的燃煤鍋爐取暖。石墨烯電取暖設備因此受到廣泛關注。

　　傳統電取暖設備的發熱組件材料主要有：碳纖維、碳晶、金屬電阻絲等。碳纖維電熱膜與碳晶板電熱膜占據的市場份額最大。然而，石墨烯的誕生為電熱膜市場帶來了新的機遇。

　　石墨烯是一種由單層碳原子構成的二維層狀納米新材料，與碳纖維、金屬電阻絲相比，石墨烯電熱膜的電-熱轉換效率接近100%，幾乎沒有任何形式的能量損耗。此外，石墨烯電熱膜還具備較強的柔韌性和穩定性、發熱均勻、防水耐腐蝕等優點，是一種非常理想的電熱材料。

　　2017年，財政部、住建部等四部委發布《關于開展中央財政支持北方地區冬季清潔取暖試點工作的通知》，天津、石家莊、唐山等12個城市納入2017年北方地區冬季清潔取暖試點范圍。2018年，安陽、邢臺等20個第二批試點城市也將納入冬季清潔取暖試點。中央財政第一批和第二批試點城市冬季清潔取暖的總獎補額度三年達到近495億元。

　　石墨烯電加熱產品是國家清潔取暖鼓勵使用的新技術，國家財政會給予補貼鼓勵農戶安裝。在政策春風的推動下，涌現出了一大批生產石墨烯電加熱產品的企業，其中規模比較大的有江蘇科暖、杭州白熊、北京綠能嘉業等，據調研顯示，僅北京綠能嘉業一家企業2017年石墨烯電加熱產品銷售額就達到近7000萬元，2018年整個石墨烯電加熱產品市場將近5億元。

　　從國家煤改電的政策趨勢和逐漸趨于嚴格的環保要求來看，電取暖產業以及石墨烯加熱產品迎來了千載難逢的發展良機，但是我們也要看到，目前由于產業處于起步期、市場不夠規范、相關標準缺乏，造成各個廠家的石墨烯電熱膜質量層次不齊，嚴重影響了產業健康發展。這些都需要逐步去規范。另外，目前的石墨烯電加熱類產品也有如功率衰減、能耗不可控、存在一定安全隱患等問題，這些都需要在產業的發展進步中逐漸去克服。

      石墨烯防腐涂料，任重而道遠

      對新興海洋工程、現代交通運輸、能源工業、石油工業、大型化工企業、海島工程等領域的裝備和設施而言，腐蝕是其安全性和服役壽命的重要影響因素之一。防腐涂料是保護這些領域的裝備和設備免于腐蝕的“安全外殼”，具有非常重要的意義和價值。

　　石墨烯穩定的sp2雜化結構使其在金屬與腐蝕介質間形成物理阻隔層，可以阻止介質擴散和滲透, 被認為是已知最薄的防腐層。為了利用石墨烯的這一優異性能，將石墨烯應用到防腐涂料中，自2009年起，中科院寧波材料所薛群基院士和王立平研究員團隊就開始了不懈的攻關和努力，截止目前，他們已經成功開發出了擁有自主知識產權的新型石墨烯改性重防腐涂料。該成果通過鑒定，關鍵技術指標鹽霧壽命超過6000小時，處于國際領先水平，并成功應用于國家電網、石油化工、海洋工程與裝備等領域。

　　與此同時，國內涂料企業也在逐步加大石墨烯防腐涂料的布局，目前已經公開報道的石墨烯防腐涂料項目有：天津漢堯石墨烯有限公司投資1億元建設石墨烯水性涂料項目;福建宏宇石墨烯公司投資年產1萬噸石墨烯涂料項目;江蘇道蓬有限公司投資4.05億元建設年產5萬噸石墨烯防腐涂料項目;綿陽麥思威爾公司投資2.8億元年產5萬噸石墨烯水性涂料項目;成都渝三峽油漆公司投資2億元年產3萬噸石墨烯工業涂料項目;濟寧利特納米技術有限公司投資3.6億元建設5萬噸石墨烯防腐涂料項目等。

　　在應用方面，浙江舟山國網輸電380米鐵塔防腐工程、中科院廣州能源研究所“先導一號”波浪發電裝置、嘉興乍浦閘橋防腐工程、浙江舟山金塘大橋等工程中均已實現了石墨烯防腐涂料的示范應用。

　　但是，目前國內石墨烯改性重防腐涂料的整體應用水平并不高。主要問題有四個：

　  （1）石墨烯改性防腐涂料的很多科學機理比如分散問題、介面問題、失效演化機制等基礎研究不透徹，基礎研究不扎實;

　 （2）缺少性能全面考核和實際工況長期服役評估;

　 （3）缺乏各種環境下的腐蝕數據積累和專用數據庫;

　 （4）石墨烯材料的產品標準和檢測標準匱乏。

　　重防腐涂料的研發和產業化需要一整套成熟的科研和工業體系，投入大、周期長，短時間內很難看到實際的使用效果。石墨烯重防腐涂料的研發還具有巨大的戰略意義。其在軍艦、海上鉆井平臺上的應用是非常重要的，目前我國正在大力開發南海，如何利用好石墨烯這種涂料，填補國內高端重防腐涂料的空白是值得我們去思考和研究的問題。

      石墨烯柔性顯示類產品仍待進步

       石墨烯由于極佳的柔性、導電性和非常高的透光率，是制備柔性觸摸屏的理想材料，目前國內主要從事石墨烯觸摸屏相關產品的企業主要有重慶墨希、二維碳素和無錫格非三家企業。

　　國內石墨烯透明導電膜的制備和應用在最近幾年來取得了較大的進展，例如制備和轉移技術、結構化技術、功能一體化集成等問題都得到了一定程度的解決，展現出很好的潛力。然而在商業化過程中還存在諸多挑戰，例如多晶石墨烯的方塊電阻還不夠低，石墨烯與襯底的附著力偏差，石墨烯尚不能在低溫下原位沉積、成本還比較偏高等。

　　目前，市場上也出現了一些石墨烯柔性顯示類的產品，如重慶墨希推出的石墨烯柔性手機、石墨烯墨水屏的kandle閱讀器，第六元素推出了石墨烯顯示屏的健康手表等，這些產品在前瞻性和技術性上取得了一些突破，但是在實用性和性價比方面離人們的日常生活還非常遙遠。

　　雖然石墨烯透明導電膜的制備和應用取得了一定的進展，但該領域總體上尚處于產業化的初期。這主要是由于石墨烯薄膜材料發展的時間較短，正處于從實驗室到工業化的過渡階段，因此其產品應用較為單一，市場規模不大。根據最新的統計與企業公開報表顯示大部分企業仍在虧損經營，一些公司逐漸開始尋求在公開市場籌募資金，以期獲得技術、產品和市場的突破。

　　在柔性器件領域，石墨烯可以實現傳統材料無法實現的功能，打開全新的市場，發展空間巨大。相信隨著技術的進步，未來基于石墨烯的透明導電膜將在光電子領域開拓出一席之地。