未来石墨烯产业发展亟需加强规划与协同

未“过”先“剩”？

目前，我国石墨烯研发应用水平与发达国家基本同步，并且已在石墨烯粉体和薄膜的规模化制备上取得了举世瞩目的成绩，部分石墨烯产品已经在动力电池导电添加剂、防腐涂料、抗静电塑料、触摸屏等领域率先进入市场。从实验室迈向产业化应用，我国石墨烯产业在短短几年时间内就成功实现“三级跳”。不过，需要警惕的是，为了博取眼球引起资本市场关注和获取各级政府的政策优惠，我国石墨烯制备水平、制备规模与应用技术存在一定程度的浮夸。比如，现在宣称已经能实现量产的石墨烯并非单层石墨烯，而是晶格缺陷较高、多层堆叠的石墨烯类产品，只能保持石墨烯的部分特性。

更值得注意的是，主导技术和产品尚未成熟的石墨烯又呈现“遍地开花”的局面，不少地区都将其列为“十三五”时期的支柱产业，或是地方转型升级的目标产业，甚至招商引资的重点产业。地方政府虽然如此看重石墨烯，但真正将这一技术和产业弄清楚的并不多见。在这种情况下，一些优惠政策盲目出台，一些质量不高的项目并未经过严格评审匆忙落实，甚至一些投资者打着石墨烯的旗号在园区继续跑马圈地，致使这一材料工业未来的明星尚未释放出耀眼光芒，便又有可能被低水平的重复建设锁定其产业化路径。在这种情况下，石墨烯不仅难以成为支撑新科技应用的“撒手锏”，而且很有可能沦为盲目开发、低端应用的“万金油”。

风险在何处

人类工业化的历史经验表明，新材料的发明制取在现代产业体系中扮演了举足轻重的角色，屡次催生出新产业甚至是新产业群。然而，新材料在产业化过程中，往往在技术、市场和组织（胜出企业）等方面存在极大的不确定性。具体来说，技术的不确定性指把新材料作为一项重大技术创新，其技术突破是个长期复杂的过程，前期往往需要大量的资金和科技投入，但技术发展路径又高度不确定，研发失败的可能性很大，需随时承受无法收回高昂研发投入的后果。市场需求的不确定性表现在新材料被开发出来后，常常无法准确定位其市场用途或用途被限制在较小的范围内，又或者广阔的市场需求要经过很久的时间才出现。此外，一项新材料能否最终实现产业化，除了技术先进之外，还会受到用户消费习惯、转换成本、市场规模及企业的市场策略甚至一些偶然因素影响。组织的不确定性主要指新材料的创新和产业化具体由哪个企业或个人实现不确定。上述不确定性导致了新材料产业化具有复杂性，进而可能出现产业链各环节发展不同步的现象。因此，必须通过以大力扶持新材料的创新活动与积极为新材料创造市场需求等方式消除上述不确定性，才能有效地推进新材料的产业化。

石墨烯作为一种科技含量高、应用领域具有颠覆性的新材料，在产业化过程中毫无疑问也将面临上述问题。正因如此，虽然石墨烯在理论上具有广阔的应用前景，从我国到全球已经有不少科研机构、高校和企业涉足石墨烯制备、加工与应用，媒体上时不时会出现有关石墨烯制造技术或商业化应用取得突破的报道，但眼下真正步入产业化应用阶段的石墨烯项目屈指可数，能持续地为企业带来效益的产品更是凤毛麟角。目前，国内石墨烯产业化仍存在以下问题。

石墨烯研究各自为政，缺乏统一长远的发展规划。高校与科研机构大多偏向于理论基础和相关科学问题，和产业化严重脱节；企业对石墨烯的研究基本上处于产业链低端环节，简单粗放，部分企业难逃为吸引资本炒作而获益之嫌。

涉足石墨烯产品的以中小企业和初创企业为主，缺乏足够的技术和资金支持，也缺乏相关市场渠道，同时对市场认识也不足。

石墨烯产业链不成熟，下游应用环节未打通，市场需求有待培育，生产性服务业相对滞后，石墨烯工程技术人才不足，自主知识产权有待加强。

其中，低成本高品质石墨烯原料的规模化生产和石墨烯在高端环节的商业化应用是制约当前石墨烯产业进一步发展的主要因素。眼下低成本、规模化制备大尺寸、杂质缺陷可控的高品质石墨烯（尤其是单层石墨烯）技术尚未突破，这已成为现阶段大多数石墨烯研究项目仍无法实现商品化、产业化的重要瓶颈。许多项研究向政府部门、投资者和消费者展示了石墨烯的“神奇功能”，但这些美妙的功能对石墨烯质量的要求非常高。要想获得如此高质量的石墨烯，一般需要依靠机械剥离法——把胶带粘到石墨上，手工把石墨烯剥下来。虽然这一方法对设备和技术的要求最低，却同时也是最费时费力费钱还不“讨好”的方法——成功率较低。利用这一方法制备石墨烯用于实验研究尚可行，但想据此实现工业化量产石墨烯毫无可能。倘若采用CVD法、氧化还原法等其他方法，虽然能实现增加产量、降低成本的目的，但是也会带来层数增加、内部结构存在缺陷等问题导致石墨烯质量下降、各种优异性能无法发挥。高品质石墨烯原料的规模化制备是石墨烯产业化的基石，对下游产品的开发起根本性的作用，然而制备方法的局限直接导致众多石墨烯项目停留在实验室阶段，产业化大门迟迟未能打开。

除此之外，进入市场的石墨烯产品未能形成规模化需求，深陷“叫好不卖座”困境的同时，石墨烯下游高端应用领域开拓乏力，是另一个困扰石墨烯产业化的世界性难题。目前，石墨烯的应用比较浅，虽然在掺杂改性、复合材料、透明导电薄膜等低端领域已经有产品进入市场，但令人遗憾的是尚没有一个领域可以实现对石墨烯的规模化应用，包括炒得“火爆”的石墨烯锂离子电池（见专栏6-4）。

专栏6-4

石墨烯电池：神技还是噱头？

2016年7月，国内举办石墨烯基锂电池产品发布会，国内最早进入石墨烯领域的公司之一——东旭光电推出了世界首款石墨烯电池产品——“烯王”。据称，这款电池产品可在﹣80～﹣30℃的环境下使用，电池循环寿命高达3500次，充电效率是普通充电产品的24倍，所谓“充电半小时，使用半个月”“充电10分钟，新能源汽车就有可能行驶1000公里”。

一时间，这款电池被抬到了“革命级”产品的高度，被部分媒体视为中国领跑全球石墨烯科技和产业发展的标杆性产品，一些人甚至认为中国从此可以不再依赖石油等传统化石能源！

然而，对于石墨烯作为导电添加剂（用量非常少）应用于锂离子电池，业内专家学者一直争议不断。一些专家认为可以显著提高电池充电倍率，却无法提升电池容量，导致该领域的石墨烯产品（如“秒冲宝”）未能被市场广泛接受。清华能源互联网研究员刘冠伟就曾表示，“石墨烯电池”技术几乎不存在，其噱头意义远大于实用价值。因为石墨烯只有在理论上能够提高充放电速率，而对于容（能）量的提升基本没有任何帮助，而且石墨烯高比表面积等性质与现有的锂离子电池工业技术体系不兼容，应用希望十分渺茫。

资料来源：根据相关报道整理

在低端应用领域产品市场认可度较低的同时，石墨烯在电脑芯片等高端应用领域开拓乏力。这主要是因为当前石墨烯研究领域布局相对较窄，重基础科学（尤其是石墨烯制备技术）轻实用技术的直接后果就是石墨烯研发与应用存在一定程度的脱节。未来要想将石墨烯用于高端领域，以充分发挥石墨烯的优异性能，单凭能制造石墨烯显然是不够的。举例来说，要用石墨烯制造芯片，就必须在石墨烯—硅之间嵌入肖特基管。因为石墨烯的导电性能实在过于优异，不像半导体材料一样拥有能使电流非对称流动的“带隙”——电子导电能带和非导电能带之间的区间，无法实现电路开关自由切换，故而必须植入人工“带隙”——肖特基管，但是植入方法稍有不当就会使石墨烯丧失其独特属性。目前，这方面的研究还比较薄弱，成熟的技术和产品均尚未出现。

另外，当下在石墨烯领域无论是理论成果还是产业化上，都存在过多的炒作。在科研方面，原创性成果偏少，追踪性论文过多；在产业化方面存在夸大宣传，将石墨烯看成“治百病的灵药”；在资本市场方面，虽然有部分石墨烯企业已经在新三板或沪市挂牌，但资本市场存在过度炒作、虚火过旺的现象。这些均导致石墨烯产业化存在急功近利的心态与虚假繁荣的泡沫，使投资者对进一步进入这一领域望而却步，给石墨烯产业化带来了一定的负面影响。

未来石墨烯产业化主要有两个方向。一是将石墨烯和现有材料体系更好地融合以更大限度地发挥石墨烯的性质，并实现较高的性价比。比如，目前石墨烯作为导电添加剂、电极复合材料和改性涂层增强锂电池充放电性能在技术上没有任何问题，未来主要是考虑提高性价比。二是要基于石墨烯自身独有的特性开发出其他材料无法替代的颠覆性应用，如柔性显示与芯片。石墨烯拥有众多优异的性能，应用领域宽广，市场前景光明。独特的性质让石墨烯具有点石成金的作用，用在传统产业体系，能像杠杆一样撬动产业转型升级；用在新能源、智能设备、新一代信息技术等前沿领域，有望产生真正的产业革命，不仅将会颠覆过去的工业体系，还会依托石墨烯产生新的生产领域，进而彻底改变人们的生产生活方式。然而任何一种新材料从发现到实现产业化都需要克服重重困难，经历艰难漫长的过程。石墨烯自然也难以避免这样的命运。要真正实现石墨烯突破性研究和产业化，未来的道路还很曲折。

迎接碳时代，你准备好了吗

如果按照硅材料产业的成熟周期为20年来推断，石墨烯产业化成熟还要5～10年，因此，接下来的10年对破解石墨烯产业化“难题”格外关键。今后，要引爆石墨烯产业还需加几把火。

下定决心。政府要继续加强对石墨烯研究与应用的政策支持，通过公平竞争、分配创新经费等方式鼓励最有创造力的企业脱颖而出，并与研究机构、企业一道建立完善的石墨烯产业标准体系。

守住耐心。有关科研机构、高校与企业需静下心来，在石墨烯研究领域“深耕细作”，通过合作研发、改善“产学研用”之间的联系等多种方式强化产业链上下游环节有效合作，重点突破低成本、规模化制备大尺寸、杂质缺陷可控的高品质石墨烯技术“瓶颈”，并不断拓宽石墨烯在下游高端环节的应用程度，加快推出符合市场需求的石墨烯产品。

激发信心。政府在石墨烯产业初期需积极帮助企业创造市场需求。市场需求是跨越从实验室研发到产业化鸿沟的桥梁，只有产品实现了从商品到货币的“惊险的一跃”，企业才能够获得进一步发展的资金，才能够在实际产业化的过程中不断学习，积累产业化的知识，提高技术水平和降低成本。因此，政府有必要在石墨烯产业初期通过实施政府采购、消费补贴等需求侧和供给侧的双向激励政策为石墨烯产业创造市场需求。

戒除躁心。有效遏制虚假宣传与不正当竞争的浮夸之风，防止资本市场过度炒作石墨烯。与此同时，政府可以通过成立产业基金、财税支持等方式激发市场的积极性，撬动更多社会资本投资石墨烯产业，引导石墨烯产业健康发展。

毋庸置疑，碳是元素周期表中最具魅力的元素之一。近30年来，碳纳米材料（富勒烯、石墨烯、碳纳米管）一直是科技创新的前沿领域，其优异的性能令科学家和工程师们爱不释手。21世纪，碳将在工业体系特别是材料工业中占据重要地位，以石墨烯为代表的碳材料将融入人们的生产生活中，进而全方位地改变人类社会，开创出全新的“碳时代”。未来，要想充分发挥碳材料的各项优异性能，还需在基础研究、应用开拓、市场培育等领域“深耕细作”，全面迎接碳材料新时代——“碳时代”。

附录6-1

中国石墨烯技术创新大事件

1.2012年1月，江南石墨烯研究院、常州二维碳素科技有限公司、无锡丽格光电科技有限公司以及深圳力合光电传感器技术有限公司共同宣布，全球首款手机用石墨烯电容触摸屏研制成功。

2.2013年1月，中科院重庆绿色智能技术研究院正式宣布成功制备出国内首片15英寸的单层石墨烯显示屏。(www.xing528.com)

3.2013年4月，贵州新碳高科有限责任公司宣布推出国内首个纯石墨烯粉末产品——柔性石墨烯散热薄膜。

4.2013年5月，江苏常州二维碳素科技有限公司宣布，年产3万平方米石墨烯透明导电薄膜生产线将投产，这是当时公开报道中已知的全球最大规模的生产线。

研究人员展示单层石墨烯产品（右）的超强透光性[1]

5.2013年11月，常州第六元素材料科技股份有限公司正式投产当时国内最大的氧化石墨烯/石墨烯粉体生产线，年产100吨。

6.2013年12月，无锡爱维特信息技术公司推出由多家石墨烯不同生产环节的企业共同研发的全球首款双层多点石墨烯触控手机，首批试产的2000余台在淘宝上销售一空。

7.2013年12月，宁波墨西科技有限公司和 庆墨希科技有限公司先后建成年产300吨石墨烯生产线和年产100万平方米的生产能力的石墨烯薄膜生产线，并将石墨烯的制造成本从每克5000元降低至每克3元。全球第一条和第二条真正实现规模化、低成本、高品质的石墨烯生产线在我国率先诞生。

8.2014年1月，常州立方能源技术有限公司建成中国 条石墨烯基超级电容器生产线。同时，石墨烯基超级电容器样品成功下线。这标志着我国石墨烯从原材料到最终产品的产业链初步形成，并率先在手机柔性触屏和储能领域取得重大突破。

9.2015年1月，吴江市华诚电子有限公司全球首款采用石墨烯应用产品移动电源“秒充宝”研发成功，该移动电源的容量为2000mAh，能够在56秒内对移动设备完成100％充电，循环次数是锂电池的10000倍。

爱维特石墨烯手机[2]

用“秒充宝”给手机充电[3]

10.2015年3月，江苏道森新材料有限公司成功研发出石墨烯防腐涂料，并应用于海上风电塔筒的防腐，其底漆重防腐试验时间突破2500小时，并且足超过美国标准1000小时，将含锌粉70％～80％的重防腐体系重新定义为25％锌粉加1％石墨烯，树立了世界海洋重防腐领域的里程碑。这一新型防腐涂料的问世不仅填补了国内外将石墨烯运用于防腐领域的空白，还打破洋品牌对我国风电涂料市场的长期垄断。

11.2015年3月，重庆墨希科技有限公司与嘉乐派科技有限公司联合发布全球首批3万部石墨烯手机——开拓者α。该手机采用了石墨烯触摸屏、电池和导热膜，屏幕透光率高达97.7％，电池的能量密度提升了10％，使用寿命提高50％，手机表面最高温度降低至35℃以下。这款手机的量产揭开了石墨烯产业化应用的序幕，为石墨烯行业从原材料、组件到智能终端全产业链的有机结合提供了首个示范案例。

首批石墨烯手机与iPhone6对比图[4]

可弯曲智能手机

12.2015年4月，重庆墨希科技公司发布全球第一款可弯曲智能手机，打败长期研究可挠式面板的三星、LG，成为第一个发布可弯曲手机的制造商，我国柔性屏技术的竞争又上升到一个新的台阶。

13.2015年6月，北京碳世纪科技有限公司正式发布石墨烯发动机油节能改进剂——“碳威”。“碳威”添加到汽车发动机油中，能够起到平均节省7％～8％燃油的效果，且有助于大幅降低摩擦系数。

14.2015年7月，经过专家鉴定，圣泉集团推出的石墨烯内暖纤维具有低温远红外、抗菌抑菌、抗静电、防紫外线等智能多功能特性，主要技术指标及性能达到国际领先水平。主要技术指标及性能达到国际领先水平。石墨烯内暖纤维这一“神奇新材料”的产业化，将会对我国化纤、纺织和服装等诸多产业产生重大影响。

15.2015年10月，中国中车研制成功新一代大功率石墨烯超级电容，其研发的3伏/12000法拉石墨烯/活性炭复合电极超级电容和2.8伏/30000法拉石墨烯纳米混合型超级电容代表了目前世界超级电容单体技术的最高水平。

16.2015年11月，常州二维碳素科技股份有限公司与深圳贝特莱电子科技股份有限公司联合发布全球首款应用石墨烯应变感应原理的3D触控解决方案Z-TOUCH

17.2016年7月，东旭光电推出了世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯工”。公司称产品可在﹣80～﹣30℃环境下工作，电池循环寿命高达3500次左右，充电效率是普通充电产品的24倍。作为石墨烯领域翘首以盼的真正的杀手级应用，“烯王”的落地是石墨烯在锂电池应用史上的一次革命性突破，打开了石墨烯在消费电子锂电池、动力锂电池以及储能领域锂电池的应用空间，正式开启了石墨烯在能源领域的应用时代，同时意味着我国在石墨烯储能技术上已领先于其他国家。

新一代大功率石墨烯超级电容[5]

“烯王”[6]

资料来源：作者根据相关报告整理

[1]http://www.gov.cn/jrzg/2013-01/24/content_2319155.htm.

[2] 姚雅萱，任玲玲.浅谈石墨烯产业在中国的发展现状和应用前景。

[3]http://mt.sohu.com/20160113/n434389453.shtml.

[4]①http://www.cqrb.cn/xinwen/yaowen/2015-03-02/368036.html.

[5] http://www.chnrailway.com/html/20151011/1300403.shtm.

[6] http://libattery.ofweek.com/2016-08/ART-36008-8100-30024121.html.