石墨烯是由碳原子组成的单层石墨,是只有一个碳原子厚度的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,具有非常好的导热性、电导性、透光性,而且具有高强度、超轻薄、超大比表面积等特性,广泛应用于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、透明电极等方面。
石墨烯的制备
目前石墨烯制备方法有四种:机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化还原法。其中,最有可能率先突破产业化瓶颈的是化学气相沉积法(CVD法)。自2011年起,全球石墨烯申请呈爆发式增长,2004年全球关于石墨烯的制造与应用的发明只有33项,截止2013年超过5000项。石墨烯的制造与应用相关专利申请量前十的公司集中在美国、韩国、中国,三国申请量占全球申请总量的85%。中国石墨烯相关专利主要集中在储能器件、透明电极、复合材料、生物医药和其他电子器件这五个领域。根据中国知识产权局资料显示,2015年中国专利申请数量达7925个,居全球第一。从专利布局来看,企业和学校总占比达80%以上,公司占比低于学校,产业化进程提速有限。
新思界产业研究中心发布的《2015-2019年石墨烯行业市场深度调研及投资前景预测分析报告》显示,目前,石墨烯发展还处于初级阶段,行业的上游和中游已经形成,上游主要为生产石墨烯所用的各种原料,中游则主要是各类石墨烯产品,包括石墨烯薄膜、石墨烯粉体等,但下游产业链尚未形成。
石墨烯产业链结构图
资料来源:新思界产业研究中心整理
已上市的石墨烯产品
目前石墨烯产业正处于概念导入期,目前国内能够规模化量产的石墨烯公司不多,如常州第六元素材料科技股份有限公司2013年11月,一条年产100吨氧化石墨(烯)的自动化生产线宣布投产,并预计可年产1000吨粉体石墨烯,销售收入超6亿元。
2013年Head公司发布了在手柄部位加入了含有石墨烯的网球拍,宣称石墨烯可使球拍更轻更有韧性。
2013年10月,Thermene公司推出了以石墨烯氧化物为材料的Thermene石墨烯导热涂层,可用于CPU散热。15美元就可以买到3毫升的Thermene石墨烯导热涂层,足以为十几个CPU散热。
2014年12月由凌拓科技发布的邦邦熊云体温计,此款体温计只有硬币大小,采用石墨烯感温探头,连接好手机蓝牙即可使用手机随时读取温度,还带有温度过高报警功能。
2015年3月,重庆墨希科技公司与嘉乐派科技公司联合发布了全球首批量产石墨烯手机,数量为3万部,这款手机采用了石墨烯触控屏、石墨烯电池和石墨烯导热膜。
石墨烯发展困局
其一,科研和产业未能有效衔接。我国石墨烯生产企业有上百家,尤其在常州、青岛、重庆、无锡、深圳等地形成了产业集群。但与海外的三星、IBM、英特尔、陶氏化学等大公司推动产业化应用不同,中国的石墨烯生产多集中于中小型公司,大型企业较少参与。
其二,市场应用还有待检验。目前石墨烯在各个领域的应用还主要停留在实验室阶段,其实际应用性能还有待市场检验,在具体应用效果还不十分确定的前提下,实现产业化有较大的难度。
其三,石墨烯制备同质化严重。国内在低成本、规模化制备石墨烯粉体技术和工艺上有了较大进步,但石墨烯制备同质化比较严重,在制备的市场上没有一个统一遵循的标准,石墨烯制备品质不高、缺乏实质性应用突破等问题亟待解决。
石墨烯企业在应用领域扎堆,下游应用市场尚未完全打开,未来企业将出现价格战,行业正经历一个淘汰的过程。对于产业现状,石墨烯应用市场的开拓要和下游紧密结合,企业应坚持差异化的布局。当前我国石墨烯材料正处于从实验室走向产业化的关键时期,从概念化转为产业化还需逐步加强政策支持,加强产学研支持。当前石墨烯产业发展重点在下游应用上发力。一方面要不断加大研发投入,提高研发速度和研发深度,集中优势资源进行技术突破;另一方面还需加强与高校合作,加速应用产品的转化,并不断开拓应用市场,早日将实验成果转化为产品。