一、中国石墨烯整体发展现状
石墨烯是一种由单层碳原子构成的片状结构新材料,它是已知的世上最薄、最坚硬、导热性及导电性最好的纳米材料,被誉为是颠覆未来的一种战略性新兴材料,曾有人断言,如果说20世纪是单晶硅的世纪,那么21世纪就是石墨烯的世纪。从2004年石墨烯被发明到2013年属于石墨烯技术的研发期,以发明者获得诺贝尔奖为标志达到顶峰。从2014年开始进入产品导入期,石墨烯在产品中应用概念不断出现,产品导入期有多长时间,有待于观察,有待于全社会各行各界共同的努力。
国内以北京大学、清华大学、浙江大学,中国科学院沈阳金属所、中国科学院宁波材料所等为代表的高校、科研单位对石墨烯开展了大量的基础研究和应用研发,并涌现出一大批相关企业,石墨烯产业化发展正在全国范围内进行。2013年7月,中国石墨烯产业技术创新战略联盟成立。同时,江苏、浙江、深圳、上海、山东、福建、辽宁、重庆、黑龙江与中科院等机构以多种形式协同创新,纷纷建立了产业技术联盟,促进了创新资源优化组合和创新产业化进程。2013年底,中国石墨烯标准化委员会宣告成立,中国石墨烯研究及检测公共服务平台同时启动,该服务平台主要为中国石墨烯产业技术创新战略联盟相关单位提供专业的石墨烯性能检测与结构表征服务。
石墨烯拥有极强的力学、电学、热学、光学等性能,因此其应用领域非常广泛,尤其是在电极材料、电子芯片、透明导电膜、散热材料等领域应用极为强大,其中由于散热材料对石墨烯品质要求并不是很高,是最具现实可行性的应用。
目前,我国从事石墨烯产业化方向的代表公司有辉锐科技、常州二维碳素、无锡格菲电子等,而石墨烯粉体由于下游应用较为广泛分散,多数公司从自己主业出发,研究石墨烯粉体,用作主业产品的添加剂和助剂。多家上市公司有涉及。
二、中国石墨烯产业发展方向分析
中商产业研究院发布《2016-2020年中国石墨烯行业调研分析及市场预测报告》指出,我国在石墨烯产业化方面是具备一定优势的,应用于电池材料、功能涂料、导电油墨和散热膜的石墨烯产品均已经实现量产。我国石墨烯导电浆液、功能涂料等具备一定的产能,但存在下游市场尚未完全打开的问题:产品需求不足,生产线效益有限。目前能够量产的石墨烯触控屏为5.5英寸,适用于手机屏幕,江南设计院称其有约10万片/年的产能,而全年手机产量在十亿台数量级。此外,目前我国石墨烯产品大部分为少层或多层石墨烯混合产品,高质量的单层石墨烯膜产品研发制备不足,主要依靠进口,石墨烯复合材料、石墨烯二次电池和石墨烯电子元件的应用研发也尚处技术攻关阶段。综上,石墨烯产业发展需要资金的支持和方向性的引导,以防错失先发优势。
随着石墨烯制备水平的发展和石墨烯应用技术水平的发展,石墨烯材料能够应用在更多的下游产品和领域中。到2024年前后,石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体(CMOS)器件,在纳米电子器件,光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。石墨烯制备水平和应用技术水平的发展是相辅相成的,以目前的发展水平看,电子元件领域的应用对石墨烯的质量和技术要求最高,也最难以实现,我们预计其应用在10年左右。石墨烯在消费电子类的应用主要需克服制备技术的难关,这也是目前石墨烯研究中最热点的方向,我们预计制备技术在未来1-2年内会有所突破。石墨烯复合材料和石墨烯能源类产品对石墨烯质量和应用技术均有一定要求,我们预计其在3-5年内会有所突破。
三、石墨烯潜在应用领域分析
最新石墨烯下游产品,包括石墨烯理疗保暖产品,石墨烯内暖纤维制成的服装,第二代石墨烯手机,石墨烯防弹衣、石墨烯防静电轮胎、石墨烯动力电池等等,显示出我国在石墨烯应用领域取得了很好的成绩。石墨烯的研究和产业化发展持续升温,从石墨烯专利领域分布来看,其应用技术研究布局热点包括:石墨烯用作锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等。
四、中国石墨烯行业发展前景分析
石墨烯作为“新材料之王”,随着技术进步及商业化应用加速,正获得巨大发展前景。“十三五”期间,我国欲将石墨烯打造成新材料产业发展的先导性产业。中国石墨烯产业正加速向先导产业发展,面对石墨烯生产和应用存在的技术转化能力弱、商业应用领域窄等问题,工信部将以市场开发遇到的问题为导向,以终端产品的需求为牵引,采取一条龙模式,帮助企业构建完善产业链。
2015年10月30日,《中国制造2025》重点领域技术路线图(2015版)正式对外公布,中国石墨烯产业未来十年的发展路径也得到明确,总体目标是“2020年形成百亿产业规模,2025年整体产业规模突破千亿”。