石墨烯（Graphene）是由碳原子以sp2雜化軌道組成的一種六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。它具有輕薄、強(qiáng)硬、超導(dǎo)熱、超導(dǎo)電、透明的優(yōu)良特性：厚度為1毫米的石墨大約包含300萬(wàn)層石墨烯；一層碳原子結(jié)構(gòu)的石墨烯強(qiáng)度大約是鋼的200倍左右；導(dǎo)熱性能較好的材料熱導(dǎo)率W/（m·K），金剛石 2000，銅 400，而單層石墨烯理論上可以達(dá)到5300；電子在石墨烯的速度甚至可達(dá)到光速的1/300；單層石墨烯的透光率約為97.7%,吸光率僅為2.3%。

       當(dāng)然，不僅僅只局限于此，石墨烯還具有其他優(yōu)異的應(yīng)用性能，被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性材料。英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩名科學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中剝離出石墨烯，2010年共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

圖1 石墨烯主要應(yīng)用領(lǐng)域

       因此，石墨烯被廣泛應(yīng)用于電子器件、功能材料、軍事國(guó)防、環(huán)保、生物醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域。目前，市場(chǎng)上比較成熟的產(chǎn)品包括電熱膜、防腐涂料、導(dǎo)電劑、柔性屏等。本文對(duì)我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀做了梳理。

       研發(fā)現(xiàn)狀：石墨烯制備技術(shù)取得突破

表1 國(guó)內(nèi)主要研究機(jī)構(gòu)研究方向及成果

來(lái)源：中關(guān)村石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

       目前，我國(guó)石墨烯的研究仍然以高校和科研院所為主，包括北京大學(xué)、清華大學(xué)、中科院金屬所、中科院寧波材料所等，主要研究方向?yàn)槭┑母咝ЬG色制備，以及石墨烯在細(xì)分功能領(lǐng)域的應(yīng)用拓展。關(guān)于石墨烯的文章發(fā)表和專(zhuān)利申請(qǐng)總數(shù)量我國(guó)已經(jīng)躍居世界第一，但是質(zhì)量堪憂(yōu)。與此相對(duì)應(yīng)的工業(yè)化現(xiàn)狀是：高產(chǎn)能低品質(zhì)，缺少穩(wěn)定的工藝和裝備。國(guó)內(nèi)的石墨烯薄膜總產(chǎn)能已經(jīng)走在世界前列。但大多是多晶薄膜，疇區(qū)尺寸和缺陷密度分布較廣，等級(jí)規(guī)格各異，標(biāo)號(hào)規(guī)則不一，品質(zhì)參差不齊。

       市場(chǎng)現(xiàn)狀：底子好，發(fā)展快，潛力大

       中國(guó)是世界第二大石墨資源國(guó)，已查明資源儲(chǔ)量2.6億噸，資源總量估計(jì)為18.7億噸，石墨的基礎(chǔ)儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的33%左右，主要分布在黑龍江、內(nèi)蒙古和山東等省。

       石墨烯生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量逐年增多，發(fā)展很快。目前，產(chǎn)業(yè)化聚集區(qū)域主要有四個(gè)：長(zhǎng)三角、珠三角、京津冀和山東地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)工商注冊(cè)的涉及石墨烯業(yè)務(wù)的企業(yè)已達(dá)兩千多家，其中，實(shí)際從事石墨烯業(yè)務(wù)企業(yè)的僅有200多家。

       中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息社發(fā)布的《2016-2017年中國(guó)石墨烯發(fā)展年度報(bào)告》顯示：2016年，全球石墨烯市場(chǎng)總體規(guī)模為755萬(wàn)美元，2017年，大約2000萬(wàn)美元。2016年我國(guó)石墨烯市場(chǎng)總規(guī)模突破40億元，是2015年市場(chǎng)規(guī)模的十倍。已形成新能源、大健康、復(fù)合材料、節(jié)能環(huán)保、石墨烯原料、石墨烯設(shè)備六大市場(chǎng)。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)我國(guó)石墨烯市場(chǎng)規(guī)模將繼續(xù)擴(kuò)大，2017年會(huì)突破100億元。

       技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀：低端領(lǐng)域初具規(guī)模，高端領(lǐng)域有待突破

表2 國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用成果

來(lái)源：《河南化工》

       從表3中可以看出，國(guó)內(nèi)部分石墨烯生產(chǎn)廠(chǎng)商如寧波墨西、第六元素、二維碳素已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了石墨烯粉體和薄膜的規(guī)模化生產(chǎn)。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)石墨烯粉體的產(chǎn)能為3450噸/年，石墨烯薄膜的產(chǎn)能105萬(wàn)平米/年，但由于石墨烯的工業(yè)化產(chǎn)品質(zhì)量有待提高，僅能應(yīng)用在涂料、添加劑、觸摸屏等低端領(lǐng)域。

       單晶石墨烯薄膜制備比普通多晶態(tài)石墨烯薄膜制備困難程度提升很多，目前技術(shù)只能做到毫米級(jí)大小的單晶石墨烯，與可應(yīng)用的晶圓級(jí)尺寸仍有很大的距離，高速電子器件、光電探測(cè)器等都需要大面積高質(zhì)量的石墨烯單晶，所以在高端領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展相對(duì)乏力。

       相關(guān)政策法規(guī)：明確石墨烯發(fā)展路徑，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

表3 近年來(lái)石墨烯相關(guān)政策法規(guī)

來(lái)源：科技部、工信部、發(fā)改委

       從政策發(fā)布時(shí)間上看，我國(guó)對(duì)石墨烯材料的密切關(guān)注及高度重視開(kāi)始于2015年，陸續(xù)出臺(tái)的意見(jiàn)規(guī)劃明確了石墨烯作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑，積極推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，細(xì)化石墨烯材料重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)分支。其間，各地區(qū)根據(jù)資源稟賦，紛紛建立石墨烯研發(fā)創(chuàng)新基地和產(chǎn)業(yè)發(fā)展平臺(tái)。在這種浪潮的影響下，石墨烯受到資本市場(chǎng)高度追捧，國(guó)內(nèi)曾經(jīng)一度出現(xiàn)了石墨烯概念過(guò)熱的情況。總之，石墨烯產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展形勢(shì)向好。

       未來(lái)前景：或別具一格或普世大眾或變革世界

       在政策法規(guī)和資本市場(chǎng)的雙重加持下，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有三種可能：第一，像碳纖維一樣，由于其優(yōu)異的力學(xué)性能可以增強(qiáng)復(fù)合材料，在某個(gè)領(lǐng)域成為不可替代的核心材料。第二，可能像塑料一樣普及，產(chǎn)品輕、性?xún)r(jià)比高、需求量大改變?nèi)祟?lèi)的生活習(xí)慣。第三，像硅一樣，孕育了微電子工業(yè)，使人類(lèi)步入電子信息時(shí)代，給人類(lèi)的生活帶來(lái)巨大的變革。