石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，厚度在一個納米以下，最早是由諾貝爾獎獲得者-英國曼徹斯特大學物理學家AndreGeim和Konstantin Novoselov用微機械剝離法從石墨中分離得到的。石墨烯具有非常良好的抗拉強度及透光、導電和導熱性能，被譽為新世紀的“材料之王”。
圖1 石墨烯
近年來，石墨烯概念在全球受到追捧，各國政府、科研院所、企業和金融機構等都對此給予了較大關注。根據BCC Research最新研究報告預測：2018年全球石墨烯市場規模將達到1.95億美元，到2023年將超過13億美元。
中國石墨烯產業發展也較快，2015年全國石墨烯市場規模約610萬美元，同比增長超過336%，初步統計2016年已突破2000萬美元。然而在快速發展的同時，中國的石墨烯產業也飽受爭議，業界有人質疑其將“淪為下一個光伏產業”，給產業的后續發展構成障礙。
1、中國石墨烯產業發展現狀
由于技術進步和成本下降速度不夠快的原因，目前中國的石墨烯行業還沒有出現大規模產業化，政府的產業扶持政策體系也在完善過程中。但依據目前的市場需求預測，中國的石墨烯產業化將會在較短時間內取得突破。
中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟發布的2016年數據顯示：到2020年，全球石墨烯市場規模將超過1000億元，新能源行業的鋰電池和超級電容市場規模將突破534億元，其中中國占比50%-80%。
?。?/strong>1）產業鏈發展現狀
按照產品屬性進行劃分，石墨烯產業可分為上游、中游和下游三個部分。上游為石墨烯的原材料產業，包括石墨開采和烴類物質加工等；中游是石墨烯的生產加工產業，包括石墨烯薄膜、石墨烯粉體等產品的加工等；下游是石墨烯的應用，主要包括半導體、柔性電子、生物醫藥、環保等領域。總體來看，石墨烯產業的上中下游發展程度不同。
①石墨產業
上游的石墨等產業發展較為成熟。首先，資源儲量較大。據中國地質調查局的報告，中國是世界第二大石墨資源國，石墨基礎儲量約占世界總儲量的33%，已查明資源儲量2.6億噸，預測資源潛力18.7億噸，主要分布在黑龍江、內蒙古和山東等省區。
圖2 全球石墨基礎儲量分布情況
中國是世界第一大石墨生產國，2015年全國石墨產量達到86萬噸，占世界總產量的67.7%。目前國內有石墨礦山194座，其中大型礦山40座，中型19座，小型135座，主要分布在內蒙古、黑龍江、河北、山東、湖南及四川等地。
圖3 2011-2015年中國石墨產量、消費量和出口量變化趨勢
中國同時也是世界上最大的石墨出口國和消費國，2015年出口量為25.1萬噸，占世界貿易量的79.0%；消費量約為61.4萬噸，占世界消費總量的53.4%。
②石墨烯生產加工業
石墨烯生產加工是產業鏈的中游，目前中國從事石墨烯研發、生產和應用的相關企業數量超過400家，約占全球石墨烯從業企業總量的3/4。
從企業地理分布來看，北部以山東青島為主，東部以江蘇的常州、無錫為主，南部以廣東省的深圳、東莞為主，在中西部地區和東北各省份有零星的石墨烯從業企業，但未形成產業集群。典型的從業企業有江南石墨烯研究院、常州二維碳素科技有限公司、上海南江集團、中科重慶綠色智能技術研究院等。
從企業類型上看，目前將石墨烯作為主營業務的企業有近70家，其中包括石墨烯粉體相關企業50多家，石墨烯薄膜相關企業近10家。在石墨烯的生產技術方法上，采用微機械剝離法、化學氣相沉積法（CVD）、外延生長法等傳統技術的企業較多，采用乙氧鈉裂解法和切割碳納米管法等復雜技術的較少。
從企業規模上看，目前從事石墨烯生產的企業80%以上為中小型企業，年銷售額多數在百萬元級別。不過已有一些上市企業開始涉足石墨烯產業。據初步統計，截至2016年9月14日，共有18家上市公司參與石墨烯產業鏈布局，其中包括主板的東旭光電、力合股份等6家公司，中小板的康得新等5家企業以及創業板、新三板的其他7家中小企業。
從企業盈利情況來看，目前石墨烯生產企業的總體盈利能力很弱。一些宣稱具備百噸年產能的生產企業，企業產值和盈利能力遠遠沒有預期的高，多數企業處于虧損狀態。根據2016年年中的企業業績報告，上半年常州第六元素材料科技股份有限公司凈利潤為-1367.27萬元，常州二維碳素材料凈利潤為-521.4萬元，青島華高墨烯凈利潤為-283.8萬元。
③下游應用業
下游產業是石墨烯的應用領域。石墨烯特殊的平面二維結構，有利于電子的傳輸，因而有多方面的應用。
圖4 石墨烯應用領域
作為導電添加劑，可進一步降低電池的內阻，提高電池倍率性能和循環壽命；作為導熱材料，對熱導纖維和導熱塑料等進行改性，可提升材料的散熱能力；作新型導電油墨和塑料的主填充料可，調節導電油墨的電阻率和附著性能；在防腐漆膜中承擔骨架作用，可提高膜的抗腐蝕效能。
另外，石墨烯優異的抗靜電、防輻射功能和溶脹性、吸濕性、抗菌性等其他方面特性，使之可以為生物醫用紡織材料、抗菌醫用材料、柔性傳感器等提供新材料。
目前來看，中國在復合材料、鋰電池、超級電容等方面的石墨烯應用已開始起步，而在柔性顯示、傳感器、超級電容器、散熱材料、半導體器件及生物醫藥等領域的應用還處在探索階段。
近兩年來，國內一些科研機構在石墨烯材料的應用上取得了一些突破。其中江南石墨烯研究院等實現了石墨烯薄膜材料和現有ITO模組工藝線的對接，在全球成功制成電容觸摸屏手機樣機；中國科技大學利用石墨烯精確快速篩選離子的功能，制成用于海水淡化的石墨烯氧化薄膜；中科院上海硅酸鹽所研制出氮摻雜有序介孔石墨烯，用作高性能超級電容器電極材料，使汽車只需充電7s，續航就能達到35km。
不過從整體來看，中國石墨烯產業鏈還很脆弱，完整的、成熟的上下游產業鏈有待鞏固。目前可以這么說，大部分從業企業把資金和精力都投在石墨烯的材料生產上，而下游應用集中于低附加值產品上，一些高附加值產品因為缺乏相關人才和技術，進展甚微。
?。?/strong>2）石墨烯技術與專利
目前，國際上關于石墨烯的技術研究熱點是導電性、導熱性、制備方法優化以及納米材料制備等，而中國的研究則集中在石墨烯制備、石墨烯納米材料及復合材料、石墨烯在鋰離子與太陽能電池電極材料及光電器件等方面。
中國的科研管理機構較為重視對石墨烯相關技術研究的資助。從2009年開始，中國科學院、科技部、國家自然科學基金委等相繼啟動了多個石墨烯研究項目，其中包括863計劃課題“石墨烯的控制制備及其在光電領域的應用”和973計劃課題“石墨烯的可控制備、物性與器件研究”，以及一系列的自然科學基金項目等。
據統計，國家自然科學基金委已陸續撥款超過3億元，用于資助石墨烯相關基礎研究項目，其中2014年資助石墨烯相關研究項目385項，2015年資助石墨烯相關研究項目396項。
在技術進步的同時，中國石墨烯領域的專利申請也很火熱。根據中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟和中科院寧波材料技術與工程研究所等聯合發布的《2015石墨烯技術專利分析報告》，截至2015年4月3日，共檢索到中國石墨烯專利申請7955件，其中發明數量7690件，實用新型444件，外觀1件。
從專利申請的國別看，屬于國內申請的有7612件，占95.7%；屬于國外申請的有343件，占4.3%。
從專利申請主體看，國內共有專利申請主體1614個，其中包括881家企業（占比54.6%），325個大學（占比20.1%），280名個人（占比17.3%）和128家其他研究機構（占比7.9%，含中科院）。
圖5 中國石墨烯專利申請主體占比
圖6 中國石墨烯專利歸屬主體占比
但從專利歸屬看，企業并不是專利申請最多的主體，其中中科院占有專利申請總量的9.2%，其他大學占有專利申請總量的46.6%，而企業和個人只占專利申請總量的38.5%。
從專利分布領域看，以石墨烯應用研究方面的專利申請為主，共5086件。國內石墨烯應用研究主要集中在儲能（鋰離子電池、超級電容器、太陽能電池、燃料電池等）、復合材料（催化劑、導電/導熱材料、吸波材料等）、電子信息（透明導電薄膜、信息存儲、光電器件等）和傳感器（生物及化學傳感器、物理傳感器）等八大領域，其中申請量較多的主要有儲能（專利申請量1432件，占總申請量的28%）和復合材料（專利申請量1675件，占總申請量的33%）。
?。?/strong>3）產業政策
中國政府在本世紀初提出要發展新能源、新材料等七大戰略新興產業。石墨烯作為新材料中的新貴，雖然產業剛起步，但也受到了政府主管部門的重視，出臺了一些政策予以支持。
2012年，工信部發布《新材料產業“十二五”發展規劃》，明確提到“積極開發納米粉體、納米碳管、富勒烯、石墨烯等材料”；2014年，國家發改委等發布了《關鍵材料升級換代工程實施方案》，提出“到2016年，推動新一代信息技術、節能環保、海洋工程和先進軌道交通裝備等產業發展急需的大尺寸單晶硅、寬禁帶半導體及器件、新型平板顯示玻璃、石墨烯……等20種左右重點新材料實現批量穩定生產和規模應用”；2015年，工業和信息化部等部門聯合下發《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》，提出“著力石墨烯材料高質量穩定生產，著力石墨烯材料標準化、系列化和低成本化，著力構建石墨烯材料示范應用產業鏈，著力引導提高石墨烯材料生產集中度，加快規?；瘧眠M程，推動石墨烯產業做大做強”；2015年，國務院印發《中國制造2025》，提出“高度關注顛覆性新材料對傳統材料的影響，做好超導材料、納米材料、石墨烯、生物基材料等戰略前沿材料提前布局和研制，加快基礎材料升級換代”。2017年四部委發布的《新材料產業發展指南》明確指出，突破石墨烯材料規?；苽浜臀⒓{結構測量表征等共性關鍵技術，開發大型石墨烯薄膜制備設備及石墨烯材料專用計量、檢測儀器，實現對石墨烯層數、尺寸等關鍵參數的有效控制。圍繞防腐涂料、復合材料、觸摸屏等應用領域，重點發展利用石墨烯改性的儲能器件、功能涂料、改性橡膠、熱工產品以及特種功能產品，基于石墨烯材料的傳感器、觸控器件、電子元器件等，構建若干石墨烯產業鏈，形成一批產業集聚區。
?。?/strong>4）標準體系
俗話說，無規不立，標準體系的完善對于一個產業的發展非常重要。中國自2014年9月起正式開啟石墨烯相關國家標準的制定工作。2016年8月12日，國家標準《石墨烯材料的術語、定義及代號》預審查會在常州召開，預計很快將會發布。
《石墨烯材料的術語、定義及代號》是中國第一項石墨烯國家標準，規定了石墨烯材料領域的核心術語及相關術語，列舉了石墨烯材料常見制備方法、石墨烯材料常見檢測與表征方法以及石墨烯材料產品代號，適用于石墨烯材料的生產、應用、檢驗、流通、科研等領域，對石墨烯產業發展將起到積極的引導和規范作用，有利于產業健康發展。
另外，由江南石墨烯研究院主導起草的第一部石墨烯檢測方法標準《石墨烯層數測定掃描探針顯微鏡法》（草案）也已獲得國家標準委立項。2016年12月，廣西質量技術監督局正式發布5項石墨烯地方標準，包括《石墨烯三維構造粉體材料的檢測與表征方法》、《石墨烯三維構造粉體材料名詞術語和定義》、《石墨烯三維構造粉體材料生產用聚合物》、《石墨烯三維構造粉體材料生產技術》和《石墨烯三維構造粉體材料生產用高溫反應爐的設計規范》等。
2、問題與風險
石墨烯產業在中國已開始起步，但是也存在不少問題，給產業的后續發展帶來風險。
?。?/strong>1）原料開采濫觴無序
石墨是制備石墨烯的重要原料，中國具有較大的石墨儲量，但同時也有190多家石墨開采企業，每年開采晶質石墨和隱晶質石墨過百萬噸。由于各種原因，一些企業濫采亂掘、采富棄貧，導致大量石墨資源浪費。
據中國石墨行業協會測算，按照目前的開采方式和速度，最多20年，國內已探明的石墨資源將消耗殆盡，屆時中國將要從國外高價進口石墨，由石墨大國變成石墨貧國。這給中國石墨烯產業的后續可持續發展帶來嚴重隱患。
?。?/strong>2）技術研發良蕎不齊
中國雖然掌握世界石墨烯專利總量的近一半，但與發達國家橫向比較，在技術研發方面還存在不少問題。
一是基礎研究多，原始創新少。目前國內對石墨烯的研究多集中在電學、化學的基礎領域，其中尖端原創成果稀少，絕大多數是在追趕國外創新。
二是技術側重點的經濟適用性差。目前國內研究多集中在基礎研究領域，如bottom-up方法制備、石墨烯在鋰離子電池電極中的應用、石墨烯復合材料等；而歐美發達經濟體的研究則主要集中在光電器件、傳感器、醫藥和環保材料等高端應用領域。相比之下，中國石墨烯技術研發成果的未來經濟可期性較差。
三是企業作為技術研發主體的責任沒有體現。一個產業，只有當從業企業具備強大的研發實力時，才有持續前進的動力?？蛇z憾的是，目前國內的石墨烯研究主體中，大學和科研院所占絕大多數，較多關注的是理論基礎研究，成果呈現出碎片化、同質化的現象。真正具備研發實力的企業只有深圳鴻海等少數幾家，但其掌握的專利數量遠少于IBM、英特爾、陶氏化學、通用、杜邦、東芝等跨國公司。
在未來的世界產業科技競爭格局中，中國企業明顯處于下風。
?。?/strong>3）產業發展秩序紊亂
中國的石墨烯從業企業超過百家，但與海外三星、IBM、諾基亞、英特爾、陶氏化學等大公司推動石墨烯材料產業化應用不同，中國的從業企業主要將石墨烯材料作為添加劑使用，是對傳統產業進行修補。
目前國內真正能規模化量產單層石墨烯的企業不到10家，一些企業和機構出于通過資本炒作獲得收益的投機心理，一味夸大行業的產能和產值，造成市場盲目跟風。
另有一些企業將單層和多層混為一談，把厚度遠遠超過10個原子層的石墨烯微片或石墨烯納米片產品也混稱為石墨烯，造成業界認識的混亂。
一些地方政府也推波助瀾，不管是否具備條件，都急于上馬建設石墨烯產業園區。
初步統計，目前全國有將近20個石墨烯產業園已經建成或正在建設之中，但其功能性都差不多，未來必定會出現嚴重的同質化競爭，低價格局將導致企業盈利能力下降，不利于行業的發展。
?。?/strong>4）資金支撐量小力微
石墨烯產業是一個典型的“技術+資本密集型行業”，需要大量的資本投人，以供技術研發和市場拓展，但目前中國石墨烯產業面臨嚴重的資金不足問題。
一是技術研發資金投人相對乏力。當前全球有80多個國家、近300家公司投人石墨烯材料的研發，英、韓、歐等將石墨烯研究提升到了戰略高度。
據了解，英國在2011-2016年至少投人了2.37億美元支持石墨烯研究，韓國自2012年起計劃7年內向石墨烯領域提供總額為2.5億美元的資助，而歐盟委員會更是將石墨烯列為“未來新興技術旗艦項目”之一，并從2013年起10年內向石墨烯應用研究領域提供10.5億美元資助。相比之下，中國政府在石墨烯相關研究領域的投人只有近0.5億美元，要少很多。
二是企業融資困難。目前中國的石墨烯從業企業以中小企業和初創企業為主，骨干大部分是科研院校出來的研究人員，市場開發和維護能力不強，導致企業的盈利能力很低，風險系數較高。而金融機構據此多數持觀望態度，企業普遍存在融資難問題。如果后續還是缺乏外來資本的介入，中國這些中小石墨烯從業企業最終會因財務危機而退出市場。
相比之下，歐美發達國家的情況要好很多，因為他們的從業企業大多是三星、LG，IBM等大型跨國公司，企業本身有實力投人大量的人力、物力，對石墨烯進行長期的系統研究，而且政府對此也大力支持，石墨烯的市場青睞度很高，融資渠道也較通暢。
3、對策與建議
（1）做好產業發展規劃
石墨烯產業屬于戰略新興產業，要促進產業健康發展，離不開良好的產業規劃，但中國在石墨烯領域尚沒有國家層面的宏觀規劃。建議要做好石墨烯產業的中長期發展規劃，明確產業發展的階段目標、重點任務和保障措施等，使產業發展總體有序。
目前來看，需要先做好三個方面的規劃：
一是要做好上游原材料的開發部署，秉著“集約高效”的原則，統籌開發石墨資源，改變目前濫采亂掘的現象，為石墨烯產業的后續可持續發展提供充足資源保障。
二是要做好石墨烯加工和應用領域的市場引導，減少市場上的浮夸和盲目跟進，保障產業的平穩有序。
三是要站在國家科技戰略的高度，對石墨烯技術研發進程做出合理安排，改變“零散的、單打獨斗式”的技術研發模式，集中有限的科研資金和人力，向石墨烯高端技術應用領域進軍，為中國在全球石墨烯產業競爭格局中奠定有利地位。
（2）優化產業政策設計
石墨烯產業在中國還處于剛剛起步階段，迫切需要產業政策的扶持。建議各級主管部門要做好區域內石墨烯產業發展現狀的摸底調研，弄清產業發展的主攻方向和存在的主要瓶頸，出臺政策，鼓勵企業走差異化發展道路。
在用地、用電以及科研投人等方面給予支持，減小廣大中小從業企業的資金壓力，使其可以輕裝上陣。與此同時，也要注意財政補貼機制的完善，要吸取我國光伏產業發展的經驗教訓，以培養可以“丟拐走路”的企業集群為目標，逐步降低企業對財政補貼的依賴，最終形成自己的核心競爭力，融人市場發展大潮，成為產業發展的中堅力量。
?。?/strong>3）突破產業制約瓶頸
中國的石墨烯產業正處于從實驗室走向產業化的進程中，產業的發展方向、盈利模式等還不明朗，存在多方面的制約。政府應及時介入引導，助力產業突破瓶頸。
一是突破市場規模小的瓶頸。要培養龍頭領軍企業，深人落實“放、管、服”理念，找出關鍵的少數，精準扶持，幫助其做大、做強，產生行業示范引領作用，推動市場規模整體做大。
二是突破高端人才短缺的制約。要注重引智、聚智和培智，一方面在國家的“千人計劃”等實施過程中，加大對國際一流石墨烯技術研發人才的引進力度；另一方面要做好本土頂尖人才的培育，通過大力實施“創新人才推進計劃”等，培育青年領軍人才，逐步建立起一支研發能力強、富有創新力的全球頂尖石墨烯技術研發梯隊。
三是突破資金短缺的障礙。要搭建良好的融資發展平臺，利用政策措施激發市場積極性，發展符合石墨烯產業特征的金融產品和服務，使天使投資、科技保險、科技小貸等新型金融業態成為保障石墨烯產業發展的有力資金渠道。
?。?/strong>4）完善產業秩序環境
任何產業的發展都離不開良好的市場環境以及完善的標準和技術服務體系，政府要發揮主導作用，為石墨烯產業構建良好的發展環境。
一是建立健全行業規范，設立準人門檻，加強行業自律，將市場中的“鬧局者”淘汰出去，凈化市場發展環境，提升業界信心。
二是要依托有關協會、學會等行業中間組織，加快完善產業標準體系，使產業發展有規可循。同時還要積極參與石墨烯國際標準制定的分工，使中國在石墨烯研發方面的累積優勢轉化為標準優勢，爭取掌握全球石墨烯產業發展的主導權。
4、結語
中國的石墨烯產業已經起步，但產業鏈還很脆弱，存在“原材料開采無序，高端應用技術研發薄弱，產業秩序紊亂和企業融資困難”等諸多問題與風險，影響產業的后續健康發展。相關部門要“做好產業發展規劃，完善相關政策，著重突破市場規模小、高端人才短缺和發展資金不足的問題，并著力構建良好的市場發展秩序環境”，推動中國石墨烯產業可持續發展。
資料來源：中國石墨烯產業發展現狀與風險分析
編輯整理：中國粉體技術網（轉載請注明）
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