中國(guó)粉體網(wǎng)訊 一個(gè)產(chǎn)業(yè)的興起必然要經(jīng)歷六個(gè)階段：第一階段為技術(shù)概念期；第二階段為產(chǎn)品導(dǎo)入期；第三個(gè)階段為市場(chǎng)擴(kuò)張期；第四階段為競(jìng)爭(zhēng)并購(gòu)期；第五階段為成熟調(diào)整期；第六階段為產(chǎn)業(yè)衰退期。
目前，石墨烯產(chǎn)業(yè)尚處于技術(shù)概念期，要真正進(jìn)入產(chǎn)品導(dǎo)入期和市場(chǎng)擴(kuò)張期，還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。但無(wú)論是學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界還是金融界對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)都抱著樂(lè)觀態(tài)度，現(xiàn)從制備技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)、供求趨勢(shì)、區(qū)域發(fā)展以及各國(guó)家地區(qū)技術(shù)路線方面對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)行分析及預(yù)測(cè)，以方便了解當(dāng)前石墨烯行業(yè)的發(fā)展概況。
一、制備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
目前，石墨烯的晶體質(zhì)量與尺寸影響了其在許多領(lǐng)域的應(yīng)用，根據(jù)特定的應(yīng)用領(lǐng)域如何制備出高質(zhì)量的石墨烯仍是研究的熱點(diǎn)。
石墨烯粉體材料制備都是從天然石墨出發(fā)，直接以石墨或膨脹石墨作為原料，主要的技術(shù)路線可以分為插層剝離法和氧化還原法兩大類。
由插層剝離方法獲得的石墨烯晶格缺陷和表面缺陷較少、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能優(yōu)異，但存在生產(chǎn)成本高以及針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)合的表面化學(xué)改性技術(shù)較為缺乏等問(wèn)題。氧化還原法是目前公認(rèn)的最具有規(guī)模化生產(chǎn)前景的途徑之一，但制備的石墨烯缺陷相對(duì)較多、制備步驟也較繁瑣，技術(shù)還需要改進(jìn)。
針對(duì)這一問(wèn)題，毋偉教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)在以液相剝離法制備石墨烯的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出用石墨衍生物作為分散劑，采用高速水相剪切法來(lái)解決該過(guò)程效率低及規(guī)模制備難以放大等問(wèn)題，建成了年產(chǎn)一噸的中試生產(chǎn)線，所得產(chǎn)品理化性能良好。
經(jīng)中試驗(yàn)證，可高效率、低成本、無(wú)污染地生產(chǎn)高純度石墨烯。經(jīng)檢測(cè)，利用該技術(shù)生產(chǎn)的石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)，平均層數(shù)7層以下，片的尺寸大于3微米。
石墨烯薄膜制備的主要方法是化學(xué)氣相沉積(CVD) 法。CVD法制備石墨烯主要是利用氣態(tài)碳源在高溫下分解后在基體表面上的催化生長(zhǎng)制備得到石墨烯片層，主要分為熱CVD技術(shù)和等離子體增強(qiáng)的CVD(PECVD) 技術(shù)。
目前采用CVD法制備得到主要是多晶石墨烯薄膜，受其晶界的影響，其性能要遠(yuǎn)低于單晶石墨烯薄膜，因此大面積單晶石墨烯薄膜的制備技術(shù)的開(kāi)發(fā)也是未來(lái)發(fā)展的重要方向之一。
二、應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
最被市場(chǎng)和研究者看好的一項(xiàng)重要應(yīng)用就是石墨烯替代炭黑等作為高端添加劑，應(yīng)用于鋰離子電池、高分子復(fù)合材料等領(lǐng)域。
實(shí)驗(yàn)證明，添加少量石墨烯導(dǎo)電劑即可在不增加過(guò)多成本的前提下，增加鋰離子電池的循環(huán)壽命，快速充放電性能，提高電池安全性等，有望改變鋰電池技術(shù)長(zhǎng)期沒(méi)有突破的障礙。
另外2017年年底，三星電子宣布，開(kāi)發(fā)出了一項(xiàng)石墨烯電池技術(shù)，該技術(shù)采用硅石來(lái)合成像三維爆玉米花一樣的石墨烯，然后將這些“石墨烯球”(graphene balls)用作先進(jìn)鋰離子電池的材料。
三星官方公布的“石墨烯球”圖片
除鋰電池領(lǐng)域，2018年，在石墨烯復(fù)合材料領(lǐng)域，值得持續(xù)關(guān)注的是石墨烯防腐涂料和石墨烯紡織品。目前，石墨烯材料在紡織物上的應(yīng)用開(kāi)始商業(yè)化；石墨烯防腐涂料也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量出貨。隨著石墨烯價(jià)格的下降，石墨烯涂料會(huì)從現(xiàn)在的高端涂料市場(chǎng)向中端涂料市場(chǎng)滲透，從而進(jìn)一步確認(rèn)石墨烯涂料在石墨烯復(fù)合材料中的領(lǐng)先地位。
相關(guān)案例包括全球石墨烯行業(yè)領(lǐng)頭企業(yè)Directa Plus和Colmar合作推出的石墨烯增強(qiáng)纖維的滑雪夾克。在中國(guó)，南通強(qiáng)生凱瑞納的防火紡織物、深圳烯旺科技的石墨烯發(fā)熱智能服飾及家紡產(chǎn)品也受到關(guān)注。而深圳烯旺、濟(jì)南圣泉等企業(yè)的石墨烯服飾已開(kāi)始在消費(fèi)市場(chǎng)規(guī)�；N售。
第六元素的石墨烯防腐涂料已經(jīng)在海上風(fēng)力發(fā)電及海洋工程規(guī)�；瘧�(yīng)用，東莞鴻納、青島昊鑫等企業(yè)的石墨烯導(dǎo)電漿料已批量化供應(yīng)給國(guó)內(nèi)知名汽車及電池廠商。綜合來(lái)看，石墨烯防腐涂料和石墨烯紡織品應(yīng)用值得關(guān)注。
三、供求趨勢(shì)預(yù)測(cè)
根據(jù)目前市場(chǎng)上石墨烯價(jià)格即對(duì)于未來(lái)五年石墨烯技術(shù)發(fā)展的中性預(yù)期，CGIA Research 預(yù)測(cè)，未來(lái)市場(chǎng)上的石墨烯價(jià)格和其生產(chǎn)成本會(huì)隨著其制備技術(shù)的不斷提升而不斷下降。
而隨著相關(guān)政策及資本的介入，未來(lái)5~10年全球從是石墨烯的企業(yè)產(chǎn)能大部分將達(dá)千噸級(jí)，促使石墨烯供給市場(chǎng)在追求規(guī)�；a(chǎn)量的同時(shí)確保石墨烯的品質(zhì)，一些擁有雄厚資金和技術(shù)的大型企業(yè)將成為未來(lái)石墨烯市場(chǎng)的供給主力。
石墨烯具有廣闊的市場(chǎng)前景和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，近年來(lái)，全球各大研究機(jī)構(gòu)也紛紛對(duì)石墨烯市場(chǎng)前景和規(guī)模進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
2014 年，AlliedMarketResearch 發(fā)布了石墨烯市場(chǎng)報(bào)告，預(yù)測(cè)全球石墨烯市場(chǎng)(材料水平) 在2020 將達(dá)到1.491億(149.1million) 美元，2014 年至2020 年間的復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR) 為44.0%。與YoleDevelopments 預(yù)測(cè)的2024 年石墨烯市場(chǎng)達(dá)到1.41億(141million)美元相比，該預(yù)測(cè)表現(xiàn)的更為謹(jǐn)慎且樂(lè)觀。
石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域示意圖
2017 年，CGIA Research 發(fā)布了石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告，預(yù)測(cè)到2020 年全球石墨烯行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到1000 億元。期間受到全球石墨烯市場(chǎng)熱度和各國(guó)政策紅利的雙重影響，2015-2020 年間石墨烯的市場(chǎng)規(guī)模有望成倍增長(zhǎng)。
其中，中國(guó)的石墨烯市場(chǎng)將占據(jù)全球石墨烯市場(chǎng)份額的50%-80%，成為全球石墨烯行業(yè)發(fā)展最強(qiáng)有力的推動(dòng)力量，在全球石墨烯市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。
四、區(qū)域發(fā)展分析
截止到目前為止，我國(guó)擁有石墨烯專利技術(shù)、從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、推廣等相關(guān)企業(yè)數(shù)量達(dá)到2000多家，其中已有成形石墨烯業(yè)務(wù)的企業(yè)數(shù)量超過(guò)500家。主營(yíng)業(yè)務(wù)與石墨烯相關(guān)的企業(yè)有20多家，其中 10家企業(yè)在新三板完成融資，3家企業(yè)融資額突破億元。而主板布局石墨烯的相關(guān)上市公司達(dá)到40多家，其中真正投入石墨烯業(yè)務(wù)的有20多家。
目前，石墨烯行業(yè)數(shù)量以小型、初創(chuàng)型企業(yè)占比較多，中型、大型企業(yè)數(shù)量相對(duì)較少。
在利好政策和無(wú)限廣闊的應(yīng)用前景面前，石墨烯在全國(guó)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢(shì)。目前已初步形成“一核兩帶多點(diǎn)”的空間格局。
“一核”主要指以北京為核心，依托其獨(dú)有的研發(fā)資源，發(fā)展成為我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)的智力核心，基礎(chǔ)研究水平在國(guó)內(nèi)遙遙領(lǐng)先。
“兩帶”是指東部沿海地區(qū)及內(nèi)蒙古-黑龍江地區(qū)，充分利用資源、產(chǎn)業(yè)、人才、市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)聚集；
“多點(diǎn)”是指四川、重慶、湖南、陜西、廣西等的一些地區(qū)依托其資源、人才優(yōu)勢(shì)，發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)。
目前全球約有80多個(gè)多家和地區(qū)開(kāi)展了石墨烯相關(guān)研究，紛紛出臺(tái)創(chuàng)新戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、扶持政策等，并給予資金資助，不斷加大對(duì)石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)化的支持力度，美國(guó)、中國(guó)、英國(guó)、日本、韓國(guó)、歐盟及其成員國(guó)先后從國(guó)家層面開(kāi)展戰(zhàn)略部署，出臺(tái)多項(xiàng)扶持政策和研究計(jì)劃，處于全球石墨烯技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化的前列。
總體來(lái)看，前期歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家支持政策主要集中于石墨烯基礎(chǔ)研究，現(xiàn)階段各國(guó)的支持政策大多集中在石墨烯中游產(chǎn)業(yè)鏈上，以石墨烯功能器件的研發(fā)制造為主。而未來(lái)的5到10年，各國(guó)對(duì)石墨烯行業(yè)的支持政策大部分仍將會(huì)落在石墨烯中游產(chǎn)業(yè)鏈上。
與美歐日韓相比，我國(guó)石墨烯基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的資助主要來(lái)自自然科學(xué)基金，據(jù)統(tǒng)計(jì)2007-2013 年間，中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金關(guān)于石墨烯的資助項(xiàng)目達(dá)到了1096項(xiàng)。隨著國(guó)際石墨烯研究和工業(yè)化開(kāi)發(fā)的進(jìn)程，國(guó)內(nèi)石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程逐漸展開(kāi)，且在主要研究領(lǐng)域均有涉獵，整體接近國(guó)外先進(jìn)水平，部分領(lǐng)域可處于領(lǐng)先水平并掌握了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
五、各國(guó)技術(shù)發(fā)展路線分析
1、歐盟
歐盟成員國(guó)目前將石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展列入了國(guó)家戰(zhàn)略層面，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)到資金投入，政府、大學(xué)、科研院所以及很多跨國(guó)企業(yè)均能通力協(xié)作。路線圖鑒定了11個(gè)科技主題，它們分別是：基礎(chǔ)科學(xué)、健康和環(huán)境、生產(chǎn)、電子器件、自旋電子學(xué)、光電子和光電子學(xué)、傳感器、柔性電子，能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)、復(fù)合材料和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。
路線圖時(shí)間表預(yù)測(cè)，旗艦計(jì)劃的10年時(shí)間，柔性電子、復(fù)合材料和能源領(lǐng)域方面的產(chǎn)品將接近市場(chǎng)。同時(shí)，也期待看到硅集成光子器件、傳感器、高速電子設(shè)備及生物醫(yī)學(xué)裝置的先進(jìn)原型預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)。
2、韓國(guó)
韓國(guó)雖然不是材料強(qiáng)國(guó)，但在石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上絕對(duì)有很高的話語(yǔ)權(quán)，一是因?yàn)樵谑⿷?yīng)用的一些重要領(lǐng)域，韓國(guó)占據(jù)了全球多半的產(chǎn)業(yè)資源，二是由于韓國(guó)近年確實(shí)在石墨烯各項(xiàng)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面做了不少的功課。
目前，韓國(guó)在各項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)和研究重點(diǎn)方面做了很多規(guī)劃，韓國(guó)關(guān)注的石墨烯應(yīng)用方向及布局的重點(diǎn)技術(shù)分別如下圖。
3、中國(guó)臺(tái)灣
臺(tái)灣的石墨烯技術(shù)路線圖如下圖所示。2012~2013年完成石墨烯熱裂解制備開(kāi)發(fā)及復(fù)合材料開(kāi)發(fā)，并開(kāi)發(fā)儲(chǔ)能組件、燃料電池結(jié)構(gòu)件，高分子復(fù)合材料、觸媒、機(jī)械關(guān)鍵結(jié)構(gòu)等用途；2014~2015年將完成石墨烯CVD法制備，并完成透明導(dǎo)電薄膜材料開(kāi)發(fā)，成為全球綠色能源關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中的一環(huán)。
4、中國(guó)是墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖
2016年，由中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟組織國(guó)內(nèi)石墨烯專家規(guī)劃了石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖。
其中，2015年-2017年，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展重點(diǎn)集中于石墨烯原材料的可控制制備、石墨烯在能源、復(fù)合材料、熱管理、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化延伸，逐步形成系列的產(chǎn)業(yè)集群。同時(shí)，在基礎(chǔ)材料，石墨烯膜材料領(lǐng)域?qū)⑷〉幂^大進(jìn)展。
2018年-2020年，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展重點(diǎn)集中于石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈的延伸及對(duì)不同領(lǐng)域的引領(lǐng)作用，通過(guò)石墨烯材料的開(kāi)發(fā)，全面拓展石墨烯在能源、復(fù)合材料、節(jié)能環(huán)保、熱管理等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)業(yè)集群。同時(shí)，逐漸拓展石墨烯在電子薄膜、電子器件等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
