人們較多地關(guān)注石墨烯大概始于2010年。這一年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了在石墨烯材料方面進(jìn)行卓越研究的兩位科學(xué)家。之后的幾年里，有關(guān)石墨烯的報(bào)道不絕于耳。石墨烯在我國發(fā)展的現(xiàn)狀如何呢？前不久在京舉行的中加石墨烯產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用研討會透露，盡管石墨烯產(chǎn)業(yè)化面臨著技術(shù)、市場、成本等問題，但利好的是石墨烯有望入選“十三五”新材料重大專項(xiàng)，石墨烯研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化也將會在“十三五”科技發(fā)展規(guī)劃中占據(jù)一定的位置。

石墨烯是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯被稱為“新材料之王”，集優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱傳導(dǎo)、阻隔性等材料性能于一體，可替代傳統(tǒng)材料，并能促成眾多技術(shù)革命，具有不可估量的應(yīng)用前景。

在石墨烯無與倫比的材料性能被認(rèn)可之后，石墨烯制備技術(shù)研發(fā)不斷升溫，各路資本熱烈追逐。然而，與上游研發(fā)熱、資本追逐熱等形成鮮明對比的是，下游的規(guī)?；瘧?yīng)用卻頻繁遇冷。這其中到底是何緣由？石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的路徑有哪些？國家還需要出臺哪些支持政策？業(yè)界還需要在哪些方面努力？

用“一半是火焰，一半是海水”來形容當(dāng)前石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的境況毫不為過——一邊是制備技術(shù)研發(fā)不斷成熟，呈現(xiàn)出資本熱、學(xué)術(shù)熱，另一邊是規(guī)?；瘧?yīng)用頻頻遇冷，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展亟待突破。

然而，石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的這種境況有望很快被打破，石墨烯產(chǎn)業(yè)化正步入黎明前夕。

6月16日，中加石墨烯產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用研討會如期在北京中信證券大廈舉行。此次研討會不僅吸引了我國石墨行業(yè)的專家學(xué)者和企業(yè)代表，而且得到了中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會石墨專業(yè)委員會和加拿大駐華大使館商務(wù)處的大力支持。

據(jù)研討會透露，盡管石墨烯產(chǎn)業(yè)化面臨技術(shù)、市場、成本等問題，但利好的是石墨烯有望入選“十三五”新材料重大專項(xiàng)，石墨烯研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化也將在“十三五”科技發(fā)展規(guī)劃中占一定位置。

無獨(dú)有偶。中國石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟近日召開新聞發(fā)布會稱，由于制備和應(yīng)用技術(shù)制約，石墨烯目前還不能大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，但石墨烯產(chǎn)業(yè)化前景可期。

據(jù)中國石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟預(yù)計(jì)，目前全球石墨烯年產(chǎn)能達(dá)到百噸級，未來5年~10年將達(dá)到千噸級。到2020年，全球石墨烯市場規(guī)模將超1000億元，其中中國占比50%~80%，中國將在全球石墨烯產(chǎn)業(yè)中起到主導(dǎo)和核心作用。

“新材料之王”的魅力

石墨烯是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體，石墨烯一層層疊起來就是石墨。實(shí)際上，石墨烯本就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。

2004年，英國物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中分離出石墨烯，證實(shí)其可以單獨(dú)存在。石墨烯被發(fā)現(xiàn)后，業(yè)界對于石墨烯的研發(fā)不斷升溫，2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的頒布更是將行業(yè)推向了高潮。

作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“新材料之王”，集優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱傳導(dǎo)、阻隔性等材料性能于一體，可替代傳統(tǒng)材料，并能促成眾多技術(shù)革命，具有不可估量的應(yīng)用前景。甚至，科學(xué)家預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”，極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

目前，石墨烯相關(guān)的技術(shù)研發(fā)已被列入美國、英國、中國、日本和韓國等國家的新材料領(lǐng)域重點(diǎn)支持項(xiàng)目。與其他國家相比，這些國家的石墨烯產(chǎn)業(yè)化開發(fā)處于相對前列。

事實(shí)上，2012年以來，我國政府對于石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直保持高度關(guān)注和重視。

2012年1月，工信部發(fā)布《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，將前沿新材料作為發(fā)展重點(diǎn)，積極開發(fā)納米粉體、石墨烯等新材料。

2014年9月，科技部發(fā)布“863科技發(fā)展計(jì)劃”，將石墨烯研發(fā)作為其中一個(gè)重點(diǎn)支持的內(nèi)容。2014年11月，國家發(fā)改委、財(cái)政部、工信部出臺了《關(guān)鍵材料升級換代工程實(shí)施方案》，明確到2016年，推動新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需的石墨烯等20種左右重點(diǎn)新材料實(shí)現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn)和規(guī)?；瘧?yīng)用。

2015年以來，我國對石墨烯的政策支持力度更是明顯加碼。2月，工信部下發(fā)了《關(guān)于印發(fā)2015年原材料工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展工作要點(diǎn)的通知》，要求制訂石墨烯等專項(xiàng)行動計(jì)劃，組建碳纖維、石墨烯、稀土等新材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新中心，重點(diǎn)突破共性技術(shù)、專用裝備、高端品種的制約。5月和10月，國務(wù)院分別發(fā)布了《中國制造2025》和《<中國制造2025>重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》，提出了石墨烯產(chǎn)業(yè)“2020年形成百億產(chǎn)業(yè)規(guī)模，2025年整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億”的發(fā)展目標(biāo)，對石墨烯中長期發(fā)展路線進(jìn)行了部署，并納入《新材料產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》。11月，國家工信部、發(fā)改委、科技部下發(fā)《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，提出到2018年石墨烯材料制備、應(yīng)用開發(fā)、終端應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)良性互動的產(chǎn)業(yè)體系基本建成，到2020年形成完善的石墨烯產(chǎn)業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)石墨烯材料標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和低成本化。

今年5月5日，備受業(yè)界關(guān)注的《石墨烯材料的術(shù)語、定義及代號》國家標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）在中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會官網(wǎng)正式公布，并向社會公開征求意見。這標(biāo)志著我國首個(gè)石墨烯國家標(biāo)準(zhǔn)制定取得重要進(jìn)展。

業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，中國國際石墨烯資源產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟今年9月將正式成立，同時(shí)上海石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺將正式運(yùn)作。

產(chǎn)業(yè)化為何頻頻遇冷

可以說，在石墨烯被發(fā)現(xiàn)，以及優(yōu)越的材料性能被認(rèn)可之后，其被業(yè)界追捧的程度可用“無與倫比”來形容。

隨后數(shù)年，石墨烯制備技術(shù)研發(fā)不斷升溫，各路資本粉墨登場，熱烈追逐。華麗家族、德爾未來、東北證券、中國寶安、中泰化學(xué)等上市企業(yè)紛紛通過收購、入股等形式進(jìn)軍石墨烯領(lǐng)域。

然而，與上游研發(fā)熱、資本追逐熱等形成鮮明對比的是，其下游規(guī)模化應(yīng)用卻頻頻遇冷。

“目前，石墨烯行業(yè)存在冷熱不均的局面，一是學(xué)術(shù)界、資本界、媒體的熱與產(chǎn)業(yè)界的冷；二是政府招商的熱與落地配套政策的冷；三是中國群眾式的熱和發(fā)達(dá)國家注重長遠(yuǎn)的冷?！痹谥屑邮┊a(chǎn)業(yè)及應(yīng)用研討會上，工業(yè)和信息化部賽迪研究院原材料工業(yè)研究所所長肖勁松表示。

肖勁松認(rèn)為，目前資本市場將石墨烯捧成了“上帝材料”，但國內(nèi)研究缺少有價(jià)值的、專業(yè)的研發(fā)成果，上市公司大都是處于虧損狀態(tài)，石墨烯市場虛火過旺，產(chǎn)業(yè)界的態(tài)度是“不見兔子不撒鷹”。

據(jù)肖勁松介紹，2011年以來，我國研究人員發(fā)表的論文總數(shù)和專利申請數(shù)量已經(jīng)穩(wěn)居世界第一位。截至目前，中國申請石墨烯領(lǐng)域?qū)＠?200多件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國有80多所國內(nèi)一流大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)涉足石墨烯研究。

他分析稱，當(dāng)前石墨烯產(chǎn)業(yè)化存在技術(shù)、市場以及成本三個(gè)主要問題，比如關(guān)鍵性技術(shù)尚未獲得實(shí)質(zhì)性突破，下游應(yīng)用領(lǐng)域研發(fā)落后，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)缺乏指導(dǎo)，前期研發(fā)投入資金量大且周期長等。

對此，肖勁松建議，“十三五”期間國家應(yīng)設(shè)立石墨烯發(fā)展專項(xiàng)計(jì)劃和專項(xiàng)基金，將石墨烯確定為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源；打通應(yīng)用環(huán)節(jié)，形成上下游一體化的產(chǎn)業(yè)鏈條；加快制定正確的技術(shù)路線和材料標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；做大做強(qiáng)采、選、冶一體的高科技龍頭企業(yè)集團(tuán)，建立石墨烯產(chǎn)業(yè)基地；鼓勵(lì)和引導(dǎo)社會資本進(jìn)入石墨烯產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

鑒于現(xiàn)實(shí)中“冷熱不均”、頻頻遇冷的境況，業(yè)界對于石墨烯產(chǎn)業(yè)化的熱情逐漸冷卻下來。甚至有不少業(yè)外人士與投資者認(rèn)為，石墨烯實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化為時(shí)過早。

對此，肖勁松表示：“石墨烯產(chǎn)業(yè)正處于概念導(dǎo)入期、產(chǎn)業(yè)化突破前期。”在他看來，按照硅材料產(chǎn)業(yè)的成熟周期為20年來推斷，石墨烯產(chǎn)業(yè)化成熟至少還需要5年~10年，接下來如何破局是關(guān)鍵。

“近期，我們對石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了調(diào)研。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國部分石墨烯企業(yè)仍受制于制備工藝不成熟、成本高、環(huán)保嚴(yán)、不穩(wěn)定性等因素，從而導(dǎo)致其商業(yè)化應(yīng)用推廣進(jìn)程緩慢?！痹谥屑邮┊a(chǎn)業(yè)及應(yīng)用研討會上，中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會石墨專委會副秘書長劉榮華表示。劉榮華的另一個(gè)身份是國內(nèi)首家石墨烯交易電商平臺——“石墨邦”創(chuàng)始人。今年4月，他率隊(duì)對我國石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了一次調(diào)研。

難以估量的市場前景

“當(dāng)前，石墨烯發(fā)展已進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化的黎明前夕，與外界認(rèn)知存在巨大的預(yù)期差?！眲s華表示，市場對于石墨烯產(chǎn)業(yè)政策的預(yù)期非常強(qiáng)烈，而且石墨烯有望入選“十三五”新材料重大專項(xiàng)。

據(jù)了解，目前，石墨烯主要以石墨烯粉體及石墨烯薄膜兩種形式存在。石墨烯粉體通過天然石墨制備出來，其制備方法主要有機(jī)械剝離法和氧化還原法，應(yīng)用于新材料領(lǐng)域和能源領(lǐng)域。石墨烯薄膜是通過甲烷制備出來，其制備方法主要有化學(xué)氣相沉積法和外延生長法，應(yīng)用于電子領(lǐng)域、環(huán)境領(lǐng)域和醫(yī)藥領(lǐng)域等。

經(jīng)過調(diào)研，劉榮華預(yù)計(jì)，今年下半年石墨烯產(chǎn)業(yè)將是“粉”“膜”登場，應(yīng)用的行業(yè)包括防腐涂料、導(dǎo)熱塑料、石墨烯EPS、消費(fèi)電子散熱片、超級電容器及鋰電池等?！安糠质┢髽I(yè)2015年已經(jīng)突破了千萬元收入，今年有望突破億元收入。在復(fù)合材料、鋰離子電池正極材料以及電子觸摸屏領(lǐng)域，石墨烯最有希望率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?！?/p>

根據(jù)劉榮華對國內(nèi)石墨烯企業(yè)進(jìn)行的調(diào)研了解，目前石墨烯在復(fù)合材料中的比較明確的幾個(gè)應(yīng)用包括防腐涂料、改性塑料以及石墨烯EPS。

在防腐涂料領(lǐng)域，據(jù)市場預(yù)計(jì)，2015年我國常規(guī)防腐涂料、重防腐涂料產(chǎn)量分別達(dá)到300萬噸和150萬噸左右，防腐涂料總產(chǎn)量達(dá)到450萬噸左右；到2017年或可達(dá)600萬噸。按千分之一的石墨烯用量、100萬元/噸計(jì)算，到2017年其潛在市場規(guī)模為60億元。

石墨烯改性塑料應(yīng)用廣泛，市場空間大。以PVC材料為例，我國每年P(guān)VC塑料產(chǎn)量約為1800萬噸，按1%的PVC材料添加5%的石墨烯來測算，單PVC塑料領(lǐng)域?qū)κ┑男枨缶陀薪咏f噸級別。除塑料材料之外，其他高分子材料如橡膠等對石墨烯的需求量也十分巨大。

石墨烯EPS與普通聚苯板相比，具備兩大優(yōu)點(diǎn)：低導(dǎo)熱系數(shù)與低密度。石墨烯EPS比普通聚苯板導(dǎo)熱率大幅降低了20%，意味著保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度可以降低20%；石墨烯EPS的密度也顯著低于普通聚苯板，在同樣的保溫效果下，意味著原材料的使用量可以大幅降低，更加符合節(jié)能環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。

“石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用比較多元化，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的是用在正極材料中作為導(dǎo)電劑，來改善電極材料的導(dǎo)電性能，提高倍率性和循環(huán)壽命?！眲s華介紹說，石墨烯在鋰離子電池市場上的潛在容量為10億級別。

劉榮華預(yù)計(jì)，隨著新能源汽車產(chǎn)量的迅猛增長，市場對于導(dǎo)電添加劑的需求也將呈飛速提升態(tài)勢。預(yù)計(jì)到2018年，石墨烯導(dǎo)電劑用量將達(dá)500噸，其在鋰電池導(dǎo)電劑材料中的占比也將逐步提高。以目前導(dǎo)電漿料中的石墨烯來估算，2018年對應(yīng)的石墨烯導(dǎo)電漿料需求量在1萬噸以上。

“石墨烯也將成為理想的鋰離子負(fù)極材料?！眲s華分析，硅作為鋰離子負(fù)極材料，其理論比容量高達(dá)4200毫安時(shí)/克，但其在充放電過程中體積變化大，造成循環(huán)穩(wěn)定性較差，而用石墨烯包覆硅材料（石墨烯改性硅基材料）能一定程度上緩沖其巨大的體積變化。

按單位電池材料使用百分之一石墨烯（實(shí)際用量可能會更高）、50萬元/噸的價(jià)格計(jì)算，石墨烯在鋰電池領(lǐng)域每年潛在市場規(guī)模為16億元。

同時(shí)，石墨烯薄膜在柔性顯示領(lǐng)域開始大展身手。國內(nèi)已有多家企業(yè)實(shí)現(xiàn)從柔性屏到多點(diǎn)觸控柔性屏的突破。以石墨稀材料技術(shù)制作的柔性觸摸屏可讓不規(guī)則或弧形的移動設(shè)備實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的多點(diǎn)觸控功能。樂觀估計(jì)，2015年石墨烯薄膜潛在市場空間為21.6億元。

“石墨烯產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵是發(fā)揮石墨烯的材料特性，尋找高性價(jià)比應(yīng)用。關(guān)于石墨烯產(chǎn)業(yè)化，未來石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要取決于下游應(yīng)用技術(shù)和市場開拓進(jìn)展；而石墨烯應(yīng)用的關(guān)鍵在于怎么把石墨烯和現(xiàn)有材料體系融合，更大限度地發(fā)揮石墨烯的優(yōu)異性能，取得較高的性價(jià)比?！眲s華說。根據(jù)石墨烯的不同特性、技術(shù)難度和應(yīng)用性價(jià)比，他總結(jié)了以下發(fā)展路徑——近期，復(fù)合材料+觸控產(chǎn)品；中期，能源領(lǐng)域+傳感器；長期，半導(dǎo)體器件應(yīng)用。

顯然，石墨烯產(chǎn)業(yè)化大幕拉開在即?？梢灶A(yù)見，以石墨烯新材料應(yīng)用創(chuàng)新推動傳統(tǒng)行業(yè)升級將是未來幾年的主旋律。