A. 石墨稀的发展简史
石墨烯出现在实验室中是在2004年,当时,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰版姆和克斯特亚·权诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。这以后,制备石墨烯的新方法层出不穷,经过5年的发展,人们发现,将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。 因此,两人在2010年获得诺贝尔物理学奖。 石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜,人们发现,石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性,它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中,电子能够极为高效地迁移,而传统的半导体和导体,例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞,传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量,目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70%-80%的电能,石墨烯则不同,它的电子能量不会被损耗,这使它具有了非同寻常的优良特性。
B. 石墨烯的发展前景
很有发展前景。
石墨烯电池分为两块,一是传统锂电池上,二是利用石墨烯制造颠覆性的“回超级答电池”
锂电池的强国是日本和韩国,韩国是发明充电16秒的石墨烯超级手机电池。日本则是研究锂电池外,再研究燃料电池技术,这个是涉及到了使用石墨烯材料的催化剂而制成的。
特性(括号里面的是用途):
超强导电性:电子迁移率是硅的100倍,电阻小于铝、银等金属(集成电路、导电添加剂)
透光率极佳:透光率97.7%(电容屏、太阳能电池板)
超强导热性:导热系数5300W/mk,强于碳纳米管、铜铝等(导热膜、超大规模纳米集成电路散热材料)
面积极大:比普通活性炭高出1130平方米(超级电容、锂电池、传感器)
超强硬度:硬度超过金刚石,断裂度是钢铁的100倍(防弹衣、飞机超轻材料)
除了以上特性外,其衍生出来的氧化石墨烯具有强载体和靶向性,能够用作肿瘤诊断和治疗。
C. 石墨烯的研究历史
实际上石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过,留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。
石墨烯在实验室中是在2004年,当时,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。这以后,制备石墨烯的新方法层出不穷,经过5年的发展,人们发现,将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此,在随后三年内, 安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应,他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。
在发现石墨烯以前,大多数物理学家认为,热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以,它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯在实验中被制备出来。
D. 石墨烯未来的发展趋势有哪些
石墨烯从2004年首次被分离出来,2010年石墨烯发现者获得诺贝尔奖后为大家所熟知,到今天只有短短十几年的时间。毋庸置疑,石墨烯作为新材料产业的先导,在带动传统制造业转型升级,培育新兴产业增长点的作用越来越显著。
行业市场应用一:石墨烯在消费电子等领域应用正在提速
在电子领域,电池是非常重要的一部分,毕竟没有电池就无法驱动电子产品,电池就相当于一个人的心脏。因此提升电池性能变得非常重要了,目前的主流锂电池已经称霸电池多年,但是锂电池技术一直没有太大提升,充电速度,电池容量,环境污染,安全性已经严重限制高科技应用。因此石墨烯电池受到企业科研者亲睐,纷纷研究取代锂电池。
行业发展趋势一:市场应用将下沉到新能源汽车、光电、消费电子、海洋工程等高端应用领域
2018年石墨烯应用产品研发势头较好的方向有:手机触摸屏、锂离子电池、超级电容器以及增强塑料、防腐涂料、石墨烯温控材料等复合材料等领域,在石墨烯产业化进程上,主要集中于家居、消费电子等低端领域,还远远没有达到石墨烯产业发展目标的要求。2015年10月30日,工信部发布《中国制造2025》重点领域技术路线图,提出了我国石墨烯材料未来10年的发展目标,指出未来10年石石墨烯材料重点应用市场为:电动汽车锂电池用石墨烯基电极材料、海洋工程等用石墨烯基防腐蚀涂料、柔性电子用石墨烯薄膜、光/电领域用石墨烯基高性能热界面材料。由此可见,石墨烯的市场应用将下沉到新能源汽车、光电、消费电子、海洋工程等高端应用领域。
——更多数据参考前瞻产业研究院发布的《中国石墨烯行业战略规划和企业战略咨询报告》。
E. 石墨烯在中国的发展现状
石墨烯现在处于可研阶段,离实际生活应用还有一段距离,但未来前景广阔,是半导体硅的有力接班人之一
F. 石墨烯诞生至今十几年了,到底什么时候石墨烯应用才能普及开来
石墨烯电池与普通电池相比,不仅充电时间短、待机时间长,而且抗低温专性能优异,堪称划时代的创造。属
速途研究院发布的《2017年新能源电池行业分析报告》中提到,石墨烯电池被誉为一种具有划时代意义的电池,其工作温度范围约在-40~120℃,可以说完全不受天气温度的影响。
另外,考虑到产业更新的巨大成本,让石墨烯电池完全取代现有的锂电池等设备还需谨慎。
G. 石墨烯材料的发展历史和现状以及石墨烯材料的主要几个研究方向
A、高压输电线,利来用了它的导自电性好的特点,故A正确,不符合题意;B、坚韧的防弹衣,利用了它的拉力好的特点,故B正确,不符合题意;C、保温隔热材料,要求导热性能差,而石墨烯具有优良的导电性和导热性,故不适合做保温隔热材料,C符合题意;D、二极管和三极管,利用了它的半导体特性,故D正确,不符合题意;故选C.
H. 石墨烯产业化之路有多远
1 先导产业初打造
据复旦大学高分子科学系教授卢红斌介绍,根据诺贝尔奖获得者Geim和Novoselov的定义,石墨烯是指“具有蜂窝晶格结构的、单个碳原子厚度的二维碳膜”。然而,学术上有许多研究涉及多层堆积的石墨烯片层,因此,现在人们往往将其分为“单层石墨烯”和“少层石墨烯”(小于10层)”,而10层以上的人们通常称之为“石墨微片”。这应该是目前石墨烯国家标准中最终确定的定义,也是目前学术界广泛接受的观点。
清华大学材料科学与工程系教授沈万慈介绍,继2004年之后石墨烯在全世界都热了起来,后来在国际会议上确定,1~10层公认为是石墨烯,超过10层以上的叫纳米石墨片。现在网络上也有叫类石墨烯产品或是多层石墨烯,其中类石墨烯接近石墨烯,但不是石墨烯,多层石墨烯叫法也是错误的。真正充分表现石墨烯高强度、透光、导电性等特点,是越薄越明显,尤其是单层最明显。例如从透光率来说,5层以上基本不透光。
沈万慈还介绍,目前石墨烯的制备方法基本有两类:一类是以氧化还原技术为代表的剥离方法;另一种是气相化学合成,也就是CVD方法。这两类产品不一样,用途也不一样。而目前用天然石墨等制备石墨烯,最多采用的是氧化还原法,用强氧化剂处理石墨成为氧化石墨,然后使之剥离分散成为氧化石墨烯,再经还原以后才是石墨烯。氧化还原法制备的是石墨烯粉体和浆料等,通常计量单位为克、千克、吨等。采用CVD方法制备的是石墨烯膜,成本较高,但其利用价值也高。这类产品的计量单位是平方米。真正能够发挥石墨烯性能的,特别是在电子产品上有应用前途的是石墨烯膜,比如触摸屏等都是由石墨烯膜制成。
《“十二五”期间中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》显示,我国已申请了2200多项石墨烯专利技术,占世界石墨烯专利总数量的1/3。实际上,在“十二五”期间,我国各地政府已经瞄准石墨烯这一新材料,并相继成立了一系列石墨烯产业化基地,包括宁波石墨烯产业园、常州江南石墨烯研究院、无锡石墨烯产业化示范区、青岛国际石墨烯创新中心和重庆石墨烯产业园。此外,多个省份如安徽、黑龙江、湖南等也已开始着手筹划石墨烯产业发展规划。
经过几年的前期准备,我国已将石墨烯列入“十三五”重点发展的基础新材料,一系列相关政策也于近期出台。其中,工信部、发改委、科技部于2015年11月30日联合下发了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》(简称《意见》)提出,把石墨烯产业打造成先导产业,到2018年,石墨烯材料制备、应用开发、终端应用等关键环节良性互动的产业体系基本建立,产品标准和技术规范基本完善,开发出百余项实用技术和样品,推动一批产业示范项目,实现石墨烯材料稳定生产以及在部分工业产品和民生消费品上的产业化应用。到2020年,形成完善的石墨烯产业体系,实现石墨烯材料标准化、系列化和低成本化,建立若干具有石墨烯特色的创新平台,掌握一批核心应用技术,在多领域实现规模化应用;形成若干家具有核心竞争力的石墨烯企业,建成以石墨烯为特色的新型工业化产业示范基地。
可以预见,我国的石墨烯产业在“十三五”期间可望取得快速发展,并拉动包括新能源、新材料以及交通运输、电力等诸多产业的发展。
如何让石墨烯产业快速健康发展,是许多业内人士的目标,也是正在寻找和研究的方向。面对几近疯狂的炒作和急功近利的现象,在质疑石墨烯产业化之路到底有多长之时,业内专家纷纷提出了自己的建议。
就产业发展,沈万慈认为,所谓先导产业,就是石墨烯作为最基础的新材料,带动下游产业应用,形成产业链。目前的主要任务是踏踏实实做好石墨烯应用研发工作,就是终端产品的研发。生产出终端产品,市场认可,有一定的需求量,哪怕一年几百吨,也能形成一个产业链。他分析,前几年在制备方法上做了很多研究,现在氧化还原方法已经比较成熟,CVD制备石墨烯膜也达到一定的规模。但现在终端产品基本上都是样品,比如触摸屏、超级电容器、导电剂、海水净化膜等,不是最终产品,没有形成批量生产。一个材料如果没有应用市场,不可能形成产业。所以,要特别加强技术研发,真正开发出终端产品并被市场认可。
沈万慈指出,石墨烯应用的最重要领域是电子技术,在微电子技术向纳电子技术的转型中,石墨烯材料会起到主要作用。这方面的研究国内相对较少,需要加强。
刘荣华则认为,应该从国家层面统筹或规划石墨烯产业的发展,每个地方应差异化发展,避免同质化竞争,避免产能过剩。地方政府也可以整合当地科研机构资源,对接或服务这些石墨烯企业。此外,政府还应出台相关政策来支持石墨烯产业发展。
北京有色金属研究院总院高级工程师刘冠伟认为,氧化石墨烯以及石墨烯类物质从性能上来说不算太出众,想要制备出高附加值、高技术含量的产品比较困难。制备高性能的石墨烯材料,开发真正的高端用途,可能更为符合国家希望依靠石墨烯实现做大做强中国工业,实现产业升级的期望。
针对石墨烯产业的发展,袁国辉也提出几点建议:一是制定国家石墨烯产业化发展战略和规划。在政府政策的引导下,搭建好若干产学研研发平台或产业园区,有针对性的重点布局,重点攻关,避免重复投入和低水平重复性研究。一方面,要加强真正原创性的基础研究和应用基础研究;另一方面,高度重视面向产业化的关键技术和工程化研究。二是在有发展条件和研发基础的地区,建立若干石墨烯工程技术中心,面向市场,重点研发各具特色的石墨烯产业化技术及产品,并进行推广。三是鼓励石墨烯材料及相关产品的应用技术研发和商业化生产,可以采取多种措施,鼓励具有研发和市场能力的企业做强做大,要扶植起若干具有全局性作用的龙头企业。四是鼓励具有一定规模、具备发展潜力的石墨烯企业进入资本市场,利用市场的力量规范石墨烯产业的发展。
同时,袁国辉还对黑龙江省发展石墨烯提出了具体建议:一是在全省一盘棋的思想下,规划以哈尔滨为中心,建立石墨烯新技术、新材料、新应用研发,产业技术孵化基地,以鸡西、鹤岗为两翼,建立石墨烯及高端石墨新材料生产基地;二是以哈尔滨万鑫石墨谷产业园为载体,在哈尔滨市建立石墨烯产业研发及应用研究平台,建设企业化运作、开放式的石墨烯研发、检测公共服务平台;三是省政府应给予石墨烯产业非常规、高强度支持,设立专项资金给予石墨烯产业园区定向支持,同时搭建融资平台优先支持石墨烯产业;四是设立专项资金,支持天然石墨制备粉体石墨烯产业化关键技术研究和薄膜石墨烯制备关键技术研究,支持石墨烯产品开发及应用技术研究;五是以黑龙江省石墨类新能源材料工程技术研究中心和贝特瑞—哈工大联合实验室为基础,建设和申报国家级石墨新材料工程技术研发中心;六是设立专项资金,鼓励企业参与相关石墨烯国家标准的制定工作,促进黑龙江省石墨烯产业标准化建设。
2 概念炒作帮倒忙
虽然三部委的《意见》出台时间不久,但石墨烯这一概念却早已深入人心。国内外各大媒体相继报道了石墨烯电池、手机屏等相关产品,一些企业纷纷把发展导向引向石墨烯。几年时间里,石墨烯就已在国内以迅猛之势发展起来,不觉让人们惊奇石墨烯产业发展速度之快、产品性能之好。但是在这些“光环”和惊奇的背后,一些业内专家对此提出了质疑。他们认为,目前石墨烯产业的这种“红火”现象并不正常,而且石墨烯产业目前来说是先导产业,还没真正形成自己的产业,发展背后还存在着一定困难和问题。
首先,炒作、急功近利现象明显。现在只要随意在互联网上搜索石墨烯,就会有大篇幅有关石墨烯、石墨烯电池的报道扑面而来。沈万慈认为,现在对石墨烯炒作得太厉害,有些东西不太真实。现在石墨烯产业确实正在发展,而且发展势头非常好,将来也会形成一个很大的产业。但是现在还没有真正形成产业。从产业发展情况看,目前制备石墨烯的技术基本具备,正在实现产业化,如宁波墨烯、常州第六元素公司等,建了每年百吨级生产线。不过真正的产量很有限,卖出去的产品更少,大多是送出去做实验用。
哈尔滨工业大学化工学院应用化学系教授袁国辉也认为,目前,国内的石墨烯研究存在太多急功近利的行为,也存在太多的炒作嫌疑。比如,我们经常可以在媒体上看到与石墨烯有关的研究进展和某种石墨烯产品的问世,但实际进展、产业化研发和市场情况并不乐观。在石墨烯产品的产业化技术发展上,存在一哄而上、炒作痕迹明显的现象。
那么,是什么原因造成这种现象?业内人士分析称,一是石墨烯概念炒得太火,某些新闻媒体对石墨烯应用的报道存在偏差或夸大,缺乏客观性,导致相关部门或企业对于石墨烯的认识存在误区,造成一种好像很简单,“短平快”一夜暴富的氛围。二是有个别企业想通过“引入”石墨烯,从而得到国家和政府的资金支持等。
沈万慈认为,不同于其他新材料产业,石墨烯是一个高速发展的领域,但同时也是处于成长过程中的新领域,不是短时间内就能立竿见影看到效益。而这种一哄而上的现象,造成的最大危害则是上一大批低端同质的项目,实际上技术、人才、资金都不靠谱,最终造成浪费,给石墨烯产业健康发展帮倒忙。
中国非金属矿工业协会石墨专业委员会副秘书长刘荣华也指出,目前全国有多个地方在规划石墨烯生产基地,功能性都差不多,未来会出现同质化竞争,最终导致价格竞争,不利于行业的发展。此外,目前大部分石墨烯企业经济实力很弱,基本都是科研院校的研究人员出来创业。而石墨烯产业是技术+资本密集型行业,这些企业持续投入研发,若没有外来资本介入,这些石墨烯企业最终会退出该行业。
其次,产业化制备技术还需要经受市场考验。沈万慈指出,没有长时间批量生产的生产线都是不稳定的,如果有市场连续生产都会有问题。所有产业都是这样,第一批样品出来以后,在运行过程中都会不断地出现问题,不断改进,最后才能形成成熟的技术及设备。
卢红斌认为,多数企业采用的规模化制备技术需进一步完善,这体现在多个方面,如产品质量、环保压力、工艺过程优化和批次稳定性以及下游创新性应用的开发与推广。虽然石墨烯产业链初步形成,但盈利能力不足,这往往和技术革新进步以及企业运营模式密切相关,研发投入普遍不足。
再次,目前石墨烯生产企业多是小企业,且融资困难,在很大程度上制约着企业的快速发展。资本介入现阶段仍存疑虑,观望中居多。“从产业技术研发的企业看,国外长期系统性石墨烯研究的大多是具有雄厚实力的大企业,或者是在政府支持下进行的系统性研发,如三星、LG、IBM等国际大公司都投入大量的人力和物力,对石墨烯进行长期的系统研究。欧盟更是投入巨资,将石墨烯研究列入未来新兴旗舰技术项目,并设立专项研发计划,该计划将在未来10年内获得10亿欧元的经费。而国内多是小作坊式的企业,真正有雄厚科研实力的大型上市公司的直接参与还较少,缺乏龙头企业的引导以及雄厚的人力、物力和财力基础来支撑。”袁国辉这样表示。
因此,石墨烯产业化还需要一段时间才能实现。沈万慈认为,去年年末出台的《意见》中指出把石墨烯打造成先导产业,但还没有形成产业。当前是从实验室走向产业化的关键时期,并没有走向产业化,短期内成支柱产业还不太可能。
卢红斌也分析称,石墨烯制备技术虽已成熟,但是在石墨烯陆续投放市场时,还会经受市场的考验;针对下游应用领域,科研人员还要进一步完善和优化技术,针对每一个应用领域的要求,优化每一个石墨烯产品的性能和稳定性。但这个过程不是短暂就能实现的,而是需要若干年的积累。
I. 石墨烯行业发展现状如何
石墨烯概念受到追捧
近年来,石墨烯概念受到追捧。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,是新材料产业的先导,带动传统制造业转型升级。据悉,中国是世界第二大石墨资源国,主要分布在黑龙江、内蒙古和山东等省区。
未来中国石墨烯行业3000亿市场规模
石墨烯作为新材料产业的先导,在带动传统制造业转型升级,培育新兴产业增长点,推动大众创业、万众创新的作用越来越显著。据前瞻产业研究院发布的《中国石墨烯行业战略规划和企业战略咨询报告》统计数据显示,截止至2017年,中国石墨烯产业规模达到70亿元,较2015年增长了10倍还多,2018年中国石墨烯市场规模有望达到280亿元,未来五年年均复合增长率约为70.48%,发展势头十分迅猛。预测2019年中国石墨烯市场规模将达560亿元。2020年中国石墨烯行业市场规模将突破千亿元。未来五年(2019-2023)年均复合增长率约为56.39%,预测在2023年中国石墨烯市场规模将突破3000亿元,达到3350亿元左右。
2015-2023年中国石墨烯行业市场规模统计情况及预测
数据来源:前瞻产业研究院整理
中国石墨烯行业发展短板分析
——面临产业化难题
目前,石墨烯虽然已经走出了实验室,但是大规模商业化应用仍然面临着很多制约因素,主要包括技术、市场、成本三大制约瓶颈。
首先是技术问题。包括制备、分散、应用和环保等关键技术和装备都尚未突破。虽然目前石墨烯制备技术已经有20多种,但规模化、低成本、高品质和大尺寸的宏量制备技术尚未取得实质性突破,难以满足工业化量产的需求。材料的分散技术,以及与下游工艺、工程化应用相结合的技术等都还制约着产业化进程。
其次是市场问题。虽然目前各种应用产品层出不穷、百花齐放,但是缺乏真正的高品质、高附加值和体现石墨烯独特性能的杀手锏级产品,绝大多数是对传统材料进行改性或者努力替代已经成熟的材料,经过改性后的材料性能提升并不明显,或者石墨烯并不是非添加不可,个别甚至在添加之后出现不良后果,难以得到市场认可。一些研究机构或企业号称取得了突破进展,但也只不是做出了样品或实验室产品,根本没有形成商品。目前大多数石墨烯生产企业还主要是给科研机构或下游应用企业提供石墨烯试用品。如果下游应用市场没有激活,石墨烯就很难产业化。
最后是成本问题。目前大多数企业尚处于小批量生产的探索阶段,还不能形成稳定的规模化生产能力,没有资金的回笼;且企业前期的研发投入资金量大、周期长,应用市场没有打开,所以不论是材料本身,还是应用产品的成本都很高,这都阻碍了石墨烯进一步走向市场。
2、关键技术有待突破
经过多年的自主研发,石墨烯的生产技术、工艺装备和产品质量均取得重大突破,但是石墨烯规模化生产技术成熟度依然较低,普遍存在不同批次石墨烯产品质量不稳定、性质差异性大的问题。
石墨烯粉体方面,目前商业化的石墨烯产品普遍存在尺寸和层数不均匀、单层石墨烯含量低、比表面积远低于理论值、没有分级、成本高等问题,无法真正体现石墨烯的各种优异性能;结构完整的石墨烯表面不含有任何基团,与其他介质的相互作用较弱,很难分散于溶剂中,更难与其他有机或无机材料均匀地复合。
石墨烯薄膜方面,现有产品存在无法避免的因生长过程导致的结构缺陷和因转移过程导致的表面污染,普遍电阻较高,无法应用在本应适合匹配其优异电学性能的领域。
在电子信息、生物医药、节能环保等战略高技术领域方面,基本上已经被美、欧、韩、日所垄断。特别是我国石墨烯企业基本上以小微企业和初创企业为主,资金投入匮乏、研发实力薄弱、市场开拓能力不强,在破解石墨烯技术瓶颈、推进石墨烯材料应用、扩大石墨烯产业规模方面力度不足。如果没有良好的技术创新研发和成果转移扩散机制,必将导致长期发展乏力。
3、应用市场有待拓展
石墨烯从发现至今仅有10多年时间,是一种比较“年轻”的材料。从应用现状来看,石墨烯主要是实现了初步应用,大多数产品属于利用石墨烯与原有材料相结合提升产品性能,技术门槛相对来说比较低,同质化情况比较严重。石墨烯下游应用产品虽然已经初步产业化,但是真正意义上的“杀手级”应用仍然没有诞生。我国石墨烯产业的专利虽然众多,但多数为本土专利申请,国外专利技术布局相对薄弱,极少数能被国外专利引用,且超过四分之三的专利来自于学术机构,企业在石墨烯研发方面的参与度还有待进一步提高,高价值高质量的核心专利不多,技术与市场之间的供需还不匹配,技术研发、转移扩散和首次商业化链条还有待打通。
4、标准体系有待完善
石墨烯标准体系方面,目前石墨烯及其相关产业日益成为资本市场中炙手可热的概念。但是由于标准体系建立时间短,立项的标准较少,石墨烯材料分类、术语、检测方法等方面的国家标准、以及石墨烯产品的团体标准或行业标准都比较缺乏。致使市场上石墨烯相关产品鱼目混珠,产品质量参差不齐的现象非常严重。很多企业实际根本不具备石墨烯规模化的生产能力,却借助石墨烯概念过度炒作,严重影响了石墨烯产业的良性发展。因此,我国亟待建立石墨烯标准体系,包括石墨烯资源、石墨烯应用、环境保护、加工设备等不同方面的标准体系覆盖,以早日规范和指导石墨烯行业健康持续发展。
中国石墨烯行业发展趋势分析
——国家及地方利好政策加速产业化进程
我国石墨烯的发展得到了国家和各级地方政府的大力扶持,自2012年起我国已经累计出台10多项石墨烯产业相关政策,并且支持力度仍在不断加大。
2016年8月,国务院出台的《十三五国家科技创新规划》明确重点发展以石墨烯等为代表的先进碳材料。2017年1月,工信部、发改委、科技部、财政部联合发布了《新材料产业发展指南》,对石墨烯、超导材料等提出了任务要求,提出大力发展石墨烯产业。2017年4月,科技部发布《十三五材料领域科技创新》,明确指出了石墨烯碳材料技术发展领域:单层薄层石墨烯粉体、高品质大面积石墨烯薄膜工业制备技术,柔性电子器件大面积制备技术,石墨烯粉体高效分散、复核与应用技术,高催化活性炭及材料应用技术。
深圳、广西、福建、四川、宁波、重庆、黑龙江、常州、无锡、宁波等地方政府均相继出台了针对石墨烯产业的专项政策、发展规划,并明确了未来的产业发展目标,广西省还颁布了全国首个石墨烯系列地方标准以引导产业发展。随着地方政府的积极介入,石墨烯产业已经初步形成政府、科研机构、研发和应用企业协同创新的“官产学研”合作对接机制,良性发展态势有助于石墨烯企业充分享受地方政策、税收优惠以及资金支持,未来产业化发展有望加速。
2、性能优良且应用前景广阔
石墨烯具有许多先进材料所不及的优良性能。目前世界上纳米材料的坚硬程度均不及石墨烯,其强度为钢材的200倍;石墨烯具有多孔结构,比表面积为2630m2/g,可与活性炭相媲美;石墨烯具有优异的导热性能,其导热率与碳纳米管不相上下;石墨烯还具有优良的导电性,常温下的载流子迁移率能够达到硅的100倍,是目前世界上电阻最小的材料;石墨烯对光线的吸收率仅为2.3%,可以用来制造显示器的屏幕等设备。
石墨烯的应用领域十分广泛。传感器领域,石墨烯在传感器领域已经得到广泛的应用。石墨烯高反馈速度、极短的响应时间等特点极大的提升了传感器的各项性能,并能制作出功能不同的传感器。
储能和新型显示领域,石墨烯之所以能够作为透明导电的电极材料,是因为其拥有极好的透光性和导电性,其在柔性触摸屏、光板、太阳能电池板等方面得到了较多的应用。
半导体材料领域,因为石墨烯有极好导电性,所以石墨烯有望代替硅。其极低的电阻率可以有效降低电路板中的电感现象,增强电子计算机的性能,减少耗电。
生物医学领域,石墨烯以及其衍生物在生物医学领域起到了重要的作用。石墨烯具有易于固定蛋白质并保持其活性的特性,可以用来制作生物传感器。石墨烯的批量化制备难题如果能够得到有效解决,其在很多领域都将有更加广阔的应用及发展空间。
3、行业进入快速发展期
经过近几年的蓬勃发展,石墨烯产业正从导入期步入到成长期阶段,我国石墨烯产业已经从基础材料研发向应用产品开发方向转变,目前国内从事石墨烯应用产品开发的企业众多,从上市公司到初创企业纷纷涉足石墨烯领域;石墨烯制备技术,如氧化还原法和CVD渐成主流,目前石墨烯产品价格具备工业化使用的条件;
另外,石墨烯在复合材料等领域的应用已日益成熟,市场增长快速,如手机触摸屏、锂离子电池、超级电容器以及增强塑料、防腐涂料、石墨烯温控材料等复合材料领域;石墨烯属于非标产品,瞄准高端应用市场,需要满足下游客户定制化需求,与客户关系密切,这也增加了市场的壁垒;近几年来,围绕石墨烯标准制定的工作也在紧锣密鼓地进行着,标准的陆续出台亦将对石墨烯产业的快速健康成长发挥有力促进作用。
4、产业集群逐步扩大
从产业集聚度来看,国内目前的石墨烯公司大多分布在东部沿海一带,尤其是长三角、珠三角、京津冀鲁聚合区。其中,珠三角地区以深圳为核心,有着全国最好的石墨烯应用市场,在能源、新材料、电子信息、可穿戴设备、电动汽车等诸多领域产业集群发达。
京津冀石墨烯产业联盟也在积极整合三地资源,加速推进低成本石墨烯及装备技术的产业化进程,形成京津冀战略性新兴产业高地。山东地区的石墨烯产业主要集中在青岛和济宁两地。经过几年的发展,山东省已初步形成从石墨烯原材料、设备到应用领域的产业链雏形。
而江苏作为国内较早发展石墨烯的省份,已形成“1+1+4”的产业创新格局,即以江苏省石墨烯产业技术创新战略联盟为产学研合作载体,以江南石墨烯研究院、江苏省产业技术研究院石墨烯材料研究所等为产业创新基地,在常州、无锡、泰州、南京四市形成石墨烯产业集群纵横相连的产业创新布局。
浙江省宁波市作为国内最早开展石墨烯研发和产业化的地区之一,已在石墨烯技术创新与产业发展方面具备了显著的先发优势、深厚基础和良好环境,在石墨烯微片和石墨烯薄膜的制备及应用领域均有多项突破,形成全链条发展模式。
J. 石墨烯发明人
康斯坦丁·诺沃肖洛夫
康斯坦丁·诺沃肖洛夫(又译为克斯特亚·诺沃塞洛夫,康斯坦丁·诺沃舍洛夫 ,Konstantin Novoselov 或Kostya Novoselov俄语:Константин Новосёлов,1974年8月23日-)[1],毕业于奈梅亨大学,俄罗斯物理学家,英国曼彻斯特大学教授,因发现石墨烯而与安德烈·海姆一同获得2010年诺贝尔物理学奖。
10月5日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。海姆和诺沃肖洛夫于2004年制成石墨烯材料。这是目前世界上最薄的材料,仅有一个原子厚。自那时起,石墨烯迅速成为物理学和材料学的热门话题。新华社/法新
瑞典皇家科学院认为,海姆和诺沃肖洛夫的研究成果不仅带来一场电子材料革命,而且还将极大促进汽车、飞机和航天工业的发展。
现年51岁的海姆和36岁的诺沃肖洛夫已共事多年。最初,他们各自在俄罗斯进行物理学的学习和研究。后来,诺沃肖洛夫成为海姆的一名博士生。两人先是在荷兰进行研究项目,后定居英国,现在两人都是英国曼彻斯特大学的教授。
海姆和诺沃肖洛夫将分享1000万瑞典克朗(约合146万美元)的诺贝尔物理学奖奖金。 与往年相同,物理学奖是今年公布的第二个诺贝尔奖项。接下来的几天里,诺贝尔化学奖等其他奖项将逐一揭晓。