石墨烯行業(yè)1503

1、云南三明鑫疆控股集團(tuán)總第V01期2015年03月星期日鑫疆信息P1信息：陽(yáng)明XINJIANG INFOMATION專(zhuān)題：石墨烯§一、石墨烯2（一）石墨烯簡(jiǎn)介2（二）、石墨烯的物理特性2§二、石墨烯的制備方法2§三、石墨及石墨烯儲(chǔ)量、產(chǎn)量、價(jià)格、資源分布3（一）、全球石墨烯儲(chǔ)量3（二）、中國(guó)石墨烯資源分布情況3（三）、石墨烯生產(chǎn)情況及中國(guó)需求情況3（四）、2012年美國(guó)石墨市場(chǎng)概況4（五）、石墨烯市場(chǎng)5§四、石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域5(一)鋰電池電極材料5(二)超級(jí)電容器7(三)電子顯示器件8(四)半導(dǎo)體材料9§五、石墨烯科研現(xiàn)狀10(一)專(zhuān)利分布10(二

2、)研究機(jī)構(gòu)分布11(三)研究領(lǐng)域分布12(四)最新研究成果13§六、全球石墨烯發(fā)展情況13§七、石墨烯產(chǎn)業(yè)化前景展望16§八、石墨烯相關(guān)上市公司19§九、綜述：前景光明、道路曲折、政策扶持、產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日19鑫疆信息P21§ 一、石墨烯（一）石墨烯簡(jiǎn)介石墨烯(Graphene)是由碳原子以sp2雜化形式構(gòu)筑的六角型呈蜂巢結(jié)構(gòu)的二維晶體。可以看成是單層的石墨結(jié)構(gòu)，層厚約為0.335 nm，是目前所發(fā)現(xiàn)的最薄的二維材料。石墨烯的發(fā)現(xiàn)充實(shí)了碳材料家族，形成了從零維的富勒烯、一維的CNTs、二維的石墨烯到三維的金剛石和石墨的完整體系；打破了二維晶體在常

3、溫下不能穩(wěn)定存在的傳統(tǒng)物理學(xué)觀點(diǎn)；掀起了學(xué)者對(duì)于碳材料研究的熱潮。而Geim和Novoselov也因最初制備、分離并且表征石墨烯而獲得了2010年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。有學(xué)者大膽預(yù)測(cè)20世紀(jì)“硅的世紀(jì)”，21世紀(jì)將是“碳的世紀(jì)”。一方面是由于炭材料展現(xiàn)出的誘人應(yīng)用前景，同時(shí)也是全球范圍內(nèi)的碳物質(zhì)循環(huán)發(fā)展大勢(shì)所趨。（二）、石墨烯的物理特性石墨烯的出現(xiàn)，有望在構(gòu)造材料、電子器件功能性材料等諸多領(lǐng)域引發(fā)材料革命。由于其具有許多特殊性質(zhì)，有日本的研究人員驚呼石墨烯是“神仙創(chuàng)造”的材料。許多學(xué)者稱(chēng),20世紀(jì)是硅的世紀(jì)，21世紀(jì)將是石墨（碳）的世紀(jì)。相比于現(xiàn)有材料，石墨烯擁有眾多“史上最強(qiáng)”性能。最薄的材料

4、：?jiǎn)螌邮┲挥幸粋€(gè)碳原子的厚度，厚度大約為0.335nm，相當(dāng)于一個(gè)頭發(fā)的20萬(wàn)分之一，1毫米厚的石墨中有將近150萬(wàn)層左右的石墨烯。最硬的材料：石墨是礦物質(zhì)中最軟的材料，其莫氏硬度只有1-2級(jí)。但是，如果石墨被分離成一個(gè)碳原子厚度的石墨烯時(shí)，其性能則發(fā)生突變，硬度將比莫氏硬度10級(jí)的金剛石還高。超大比表面積：理想的單層石墨烯的比表面積能夠達(dá)到2630m2/g，普通的活性炭的比表面積僅為1500m2/g。超大的比表面積使得石墨烯成為潛力巨大的儲(chǔ)能材料。強(qiáng)導(dǎo)電性：石墨烯中的電子沒(méi)有質(zhì)量，電子的運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)了在其他金屬單體或是半導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度，能夠達(dá)到光速的1/300，所以石墨烯擁有超強(qiáng)導(dǎo)電性

5、。§ 二、石墨烯的制備方法目前制備石墨烯的方法主要有4種：微機(jī)械剝離法、氣相沉積法、外延生長(zhǎng)法、氧化石墨還原法。到目前為止，還沒(méi)有形成一種成熟的方法大規(guī)模地生產(chǎn)質(zhì)量較高的工業(yè)級(jí)石墨烯。下面列出以上四種基本制備方法的對(duì)比。§ 三、石墨及石墨烯儲(chǔ)量、產(chǎn)量、價(jià)格、資源分布（一）、全球石墨烯儲(chǔ)量據(jù)USGS（美國(guó)地質(zhì)勘探局）數(shù)據(jù)，2013年探明的全球天然石墨儲(chǔ)量約1.3億噸，儲(chǔ)量前三位的國(guó)家為巴西、中國(guó)和印度，其中中國(guó)儲(chǔ)量約為5500萬(wàn)噸，占全球儲(chǔ)量的42。2013年全球天然石墨產(chǎn)量為119萬(wàn)噸，其中中國(guó)生產(chǎn)81萬(wàn)噸，占全球產(chǎn)量的68，位居全球首位。根據(jù)中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)網(wǎng)數(shù)據(jù)，截至201

6、4年7月，中國(guó)有關(guān)石墨烯專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量處于世界首位。（二）、中國(guó)石墨烯資源分布情況中國(guó)石墨烯資源分布圖云南省南部元陽(yáng)縣棕皮寨中型礦已利用，昆明市以西牟定縣戍街大型礦可供選擇利用，共計(jì)保有晶質(zhì)石墨礦物儲(chǔ)量244萬(wàn)t。全國(guó)25個(gè)省、市、自治區(qū)有近100個(gè)礦點(diǎn)。（三）、石墨烯生產(chǎn)情況及中國(guó)需求情況2012年全球天然石墨產(chǎn)量為110萬(wàn)噸，較2011年增加5萬(wàn)噸。中國(guó)是全球天然石墨開(kāi)采最多的國(guó)家，2012年中國(guó)天然石墨產(chǎn)量為75萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)量的68.18%；印度年度產(chǎn)量為15萬(wàn)噸，占比為13.64%國(guó)家2011年（千噸）2012年（千噸）巴西7375加拿大2526中國(guó)800750印度150150朝鮮3

7、030馬達(dá)加斯加45墨西哥78挪威27羅馬尼亞207俄羅斯1414斯里蘭卡44土耳其1010烏克蘭66其他國(guó)家77全球總量115011002011-2012年全球石墨資源產(chǎn)量分布概況：千噸中國(guó)晶質(zhì)石墨市場(chǎng)需求量預(yù)測(cè)（四）、2012年美國(guó)石墨市場(chǎng)概況2008年2009年2010年2011年2012年自產(chǎn)進(jìn)口5833657256出口811666表觀消費(fèi)5022606650進(jìn)口均價(jià)：美元/噸晶質(zhì)7536947201,1801,530穩(wěn)晶質(zhì)2,5501,4101,7001,8201,990非晶型2032492573013292008-2012年美國(guó)石墨市場(chǎng)概況：千噸需求分布需求占比耐火材料與坩堝33%

8、鑄造與鋼鐵制造26%制動(dòng)器內(nèi)襯7%電池與潤(rùn)滑劑5%其他29%2012年美國(guó)天然石墨需求分布國(guó)家需求占比中國(guó)51%墨西哥22%加拿大17%巴西6%其他4%2008-2011年美國(guó)天然石墨進(jìn)口來(lái)源分布：%（五）、石墨烯市場(chǎng)科學(xué)家預(yù)計(jì)，未來(lái)5到10年里，石墨烯研究會(huì)有很大發(fā)展，首個(gè)石墨烯觸摸屏將在三五年內(nèi)上市，石墨烯電子紙樣品2015年可以研發(fā)成功，超薄超輕型飛機(jī)、超薄可折疊手機(jī)、高強(qiáng)度航空材料，甚至更富想象力的太空電梯等未來(lái)設(shè)備將在相關(guān)領(lǐng)域引發(fā)革命性突破，并帶動(dòng)價(jià)值數(shù)萬(wàn)億美元的新興產(chǎn)業(yè)鏈。目前，石墨烯原材料石墨的市場(chǎng)售價(jià)約為3000元/噸，而提煉成石墨烯后，石墨烯的市場(chǎng)售價(jià)高達(dá)100萬(wàn)元/噸（約1

9、000元/克左右）。隨著批量化生產(chǎn)和大尺寸難題逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化步伐正在加快，國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)的科研投入力度也在上升，市場(chǎng)關(guān)注度隨之升溫。§ 四、石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，石墨烯有望在半導(dǎo)體、光伏、鋰電池、航天、軍工、顯示器等傳統(tǒng)行業(yè)和新興行業(yè)帶來(lái)革命性進(jìn)步，一旦量產(chǎn)將成為下一個(gè)萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè)。(一)鋰電池電極材料1.石墨烯可作為新型鋰電池負(fù)極材料石墨烯可作為新型的鋰電池負(fù)極材料。根據(jù)高工鋰電調(diào)研統(tǒng)計(jì)，2013年全球負(fù)極材料總產(chǎn)量達(dá)到5.85萬(wàn)噸。目前全球負(fù)極材料大多以石墨類(lèi)為主，其中天然石墨占比為59%，人造石墨為30%，中間相炭微球?yàn)?%，其他類(lèi)型為3%。新型的負(fù)極

10、材料包括鈦酸鋰、不定型碳、硅碳復(fù)合材料、錫基合金、金屬合金、石墨烯等。石墨烯作為鋰電極材料極具優(yōu)勢(shì)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）石墨烯具有極高的比表面積，因此化學(xué)反應(yīng)速度和材料利用率更高；（2）石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性。其本身具有良好的電子傳輸通道，導(dǎo)熱性保證了其穩(wěn)定性；（3）聚集形成的宏觀電極材料中，石墨烯片層的尺度在微納米量級(jí)，遠(yuǎn)小于體相石墨，使得鋰離子在石墨烯片層之間的擴(kuò)散路徑較短；且片層間距也大于結(jié)晶性良好的石墨，更有利于鋰離子的擴(kuò)散傳輸。目前以特斯拉為代表的電動(dòng)車(chē)正不斷擴(kuò)大對(duì)鋰電池的需求，然而電動(dòng)車(chē)充電時(shí)間長(zhǎng)仍然是未能解決的難題。以特斯拉為例，行駛500公里后必須停下來(lái)充電5小

11、時(shí)，而由于石墨烯的上述優(yōu)勢(shì)，其作為電極材料可能解決上述難題。韓國(guó)光州科學(xué)技術(shù)院的研究人員正在對(duì)一項(xiàng)新型石墨烯電池技術(shù)進(jìn)行研究，研究表明這種新型電池可將電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間縮短至16秒，并且不影響能量密度。2.石墨烯在鋰電池領(lǐng)域潛在需求空間巨大石墨烯作為一種補(bǔ)充改性材料，對(duì)提高鋰電池充放電性能具有不可替代的作用。因此，石墨烯在鋰電池行業(yè)的應(yīng)用前景非常廣闊。電動(dòng)車(chē)用鋰電池市場(chǎng)規(guī)模。2012年，全球電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)規(guī)模為21億美元。2013年，在特斯拉、寶馬、豐田等新能源汽車(chē)帶動(dòng)下電動(dòng)車(chē)用鋰電池的市場(chǎng)規(guī)模增速達(dá)到90%，預(yù)計(jì)這種高速增長(zhǎng)會(huì)一直持續(xù)到2018年，2020年電動(dòng)車(chē)用鋰電池市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到351億

12、美元。智能電子設(shè)備領(lǐng)域鋰電池市場(chǎng)規(guī)模。在智能電子設(shè)備行業(yè)，由于智能手機(jī)、相機(jī)、游戲機(jī)等電子產(chǎn)品的普及和更新?lián)Q代，目前智能電子設(shè)備用鋰電池市場(chǎng)規(guī)模為173億美元，自2010年以來(lái)保持20%左右的增速。預(yù)計(jì)到2020年，智能電子設(shè)備對(duì)鋰電池的需求量將達(dá)到541億美元。(二)超級(jí)電容器1.石墨烯可應(yīng)用于超級(jí)電容電極材料超級(jí)電容器是一種靠極化電解液來(lái)存儲(chǔ)電能的新型電化學(xué)裝臵。它具有功率密度高、循環(huán)次數(shù)多的特點(diǎn)，在各類(lèi)需要能源轉(zhuǎn)化的領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。目前，研究和應(yīng)用最廣泛的超級(jí)電容器電極材料主要是碳質(zhì)材料，包括活性炭、活性碳纖維、碳納米管等，其中最為成熟的是活性炭。比較發(fā)現(xiàn)，石墨烯與其它碳材料相比

13、，比表面積大、電導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好，這些優(yōu)良的性能使石墨烯及石墨烯基材料成為超級(jí)電容器電極材料有力競(jìng)爭(zhēng)者。石墨烯是完全離散的單層石墨材料，其整個(gè)表面可以形成雙電層。但是，在形成宏觀聚集體過(guò)程中，石墨烯片層之間互相雜亂疊加，使得形成有效雙電層的面積減少。如果其表面可以完全釋放，則將獲得遠(yuǎn)高于多孔炭的比容量。在石墨烯片層疊加而形成宏觀聚集體的過(guò)程中，通過(guò)控制條件使其形成的孔隙集中在2.0nm以上，有利于電解液的擴(kuò)散。此外，石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使其不需要添加劑或黏結(jié)劑就能夠通過(guò)控制微觀結(jié)構(gòu)自組裝成三維宏觀結(jié)構(gòu)而直接用于超級(jí)電容器。2.超級(jí)電容市場(chǎng)規(guī)模美國(guó)IDTechEx公司報(bào)告顯示，全球超級(jí)電容器

14、市場(chǎng)將從2013年的8億美元增長(zhǎng)到2018年的31.3億美元，預(yù)計(jì)年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到30.2%。(三)電子顯示器件1.石墨烯可應(yīng)用于電子顯示器件目前，主要的電子顯示器件都由氧化銦錫材料（ITO）構(gòu)成，主要因其優(yōu)異的導(dǎo)電和透光性能。這種材料主要源自稀土，不僅價(jià)格高，易碎，而且有毒。目前越來(lái)越多的廠商開(kāi)始采用石墨烯、納米銀、碳納米管等新興材料來(lái)取代傳統(tǒng)的氧化銦錫。石墨烯取代ITO主要有幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，石墨烯原材料易得。ITO的原料為稀有金屬銦，這種金屬在全球儲(chǔ)量很低。美國(guó)礦業(yè)協(xié)會(huì)2008年公布的數(shù)據(jù)顯示，已發(fā)現(xiàn)的銦礦儲(chǔ)量?jī)H能使用到2028年，而2010年以來(lái)銦的使用量更是在快速放大。隨著各國(guó)對(duì)稀土

15、資源的保護(hù)加強(qiáng)，其成本不斷飚升，從02年92美元/千克到現(xiàn)在的930美元/千克。相比而言，石墨烯的原材料主要是石墨和金屬基底材料，從原材料成本和可得性來(lái)看，石墨烯遠(yuǎn)優(yōu)于ITO；第二，石墨烯透光率好。石墨烯具有透光率好的優(yōu)點(diǎn)，只吸收2.3%的光，幾乎完全透明。第三，石墨烯的柔韌性極佳。其能夠拉伸20%而不斷裂，還能夠制作可折疊、伸縮的柔性顯示器件。第四，石墨烯具備耐高溫、防水、防堿鹽腐蝕等多種優(yōu)異性能。雖然目前制作大面積石墨烯時(shí)，會(huì)混入很多雜質(zhì)，也會(huì)產(chǎn)生很多缺陷，導(dǎo)致大多數(shù)石墨烯制品的導(dǎo)電性及透明性都尚未達(dá)到ITO的水平，但是石墨烯應(yīng)用于觸摸面板領(lǐng)域?qū)?huì)是大勢(shì)所趨。2013年中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智

16、能技術(shù)研究院成功制備出國(guó)內(nèi)首片15英寸的單層石墨烯；此前，韓國(guó)三星和成均館大學(xué)也宣布制成了石墨烯可折疊式顯示器。2.電子顯示器件市場(chǎng)空間電子顯示器件在液晶顯示屏、手機(jī)顯示屏等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，其市場(chǎng)空間巨大。在液晶顯示屏方面，2013年全球液晶顯示器出貨量達(dá)1.4億臺(tái)，中國(guó)2013年液晶顯示器面板出貨量為1.6億片。在手機(jī)觸控屏幕領(lǐng)域，2013年全球手機(jī)觸控屏幕出貨量超過(guò)11億片，中國(guó)市場(chǎng)2013年全年出貨量為4.3億片，并還有上升的趨勢(shì)?；陔娮语@示器件行業(yè)的廣闊市場(chǎng)容量，石墨烯替代部分ITO導(dǎo)電玻璃前景樂(lè)觀。(四)半導(dǎo)體材料1.石墨烯可應(yīng)用于半導(dǎo)體石墨烯是一種性能優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，被譽(yù)為21

17、世紀(jì)取代硅的材料。理論上而言，石墨烯的電子遷移率和空穴移動(dòng)率相等，其n形場(chǎng)效應(yīng)晶體管和p型場(chǎng)效應(yīng)晶體管是對(duì)稱(chēng)的；此外，石墨烯還具有零禁帶特性，在室溫下，載流子在石墨烯中平均自由程和相干長(zhǎng)度可以達(dá)到微米級(jí)別。因此，采用石墨烯器件的計(jì)算機(jī)芯片運(yùn)行速度可以比目前的計(jì)算機(jī)快500-1000倍。此外，由于電子穿過(guò)石墨烯幾乎沒(méi)有任何阻力，產(chǎn)生的熱量較少，所以石墨烯還可以解決目前筆記本電腦散熱困難的問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中，2011年，IBM沃森研究中心的科學(xué)家在Science上發(fā)文宣布，他們成功研制出了首款由石墨烯圓片制成的集成電路，這一成果也被評(píng)為了2011年全球十大科學(xué)新聞之一，它標(biāo)志著石墨烯在計(jì)算機(jī)芯片上

18、的應(yīng)用前進(jìn)了一大步。這塊集成電路建立在一塊碳化硅上，由一些石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成，它還可以運(yùn)行得更快，未來(lái)可用石墨烯圓片來(lái)替代硅晶片。屆時(shí)，由這類(lèi)集成電路制成的芯片可以改進(jìn)手機(jī)和無(wú)線(xiàn)電收發(fā)機(jī)的信號(hào)，或許可以使手機(jī)能在通常認(rèn)為無(wú)法接收信號(hào)的地方工作。2.半導(dǎo)體市場(chǎng)空間目前全球硅片的出貨量已經(jīng)超過(guò)90億平方英寸，石墨烯材料替代硅晶片帶來(lái)的市場(chǎng)空間可觀。在其他半導(dǎo)體設(shè)備方面，2013年傳感器全球銷(xiāo)售額達(dá)到80億美元，在2011年后，其增速保持平穩(wěn)狀態(tài)。2013年全球集成電路銷(xiāo)售額為2506億美元，市場(chǎng)空間巨大。如果假定石墨烯將替換10%的硅材料市場(chǎng)份額，則石墨烯在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的市場(chǎng)空間將超過(guò)300

19、億美元。§ 五、石墨烯科研現(xiàn)狀石墨烯從其誕生至今不過(guò)10年光景。2004年為石墨烯科學(xué)研究的萌芽階段，隨后即進(jìn)入快速成長(zhǎng)階段；從2008年開(kāi)始，尤其是在2010年石墨烯發(fā)明者獲得了諾貝爾獎(jiǎng)之后，關(guān)于石墨烯的基礎(chǔ)科研工作開(kāi)展得如火如荼。下文從專(zhuān)利分布、研究機(jī)構(gòu)分布、研究領(lǐng)域分布和主要研究成果等方面梳理目前石墨烯的基礎(chǔ)科研動(dòng)向。(一)專(zhuān)利分布目前全球共有超過(guò)200個(gè)機(jī)構(gòu)和1000多名研究人員從事石墨烯技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究，其中包括三星、IBM等科技巨頭。我們通過(guò)最近幾年的專(zhuān)利申請(qǐng)情況對(duì)目前石墨烯的研究進(jìn)展進(jìn)行概覽。從專(zhuān)利申請(qǐng)總量來(lái)看，2010年以來(lái)全球石墨烯專(zhuān)利申請(qǐng)總量呈爆發(fā)式增長(zhǎng)；2012

20、年全球石墨烯專(zhuān)利申請(qǐng)量已經(jīng)達(dá)到3500個(gè)，可見(jiàn)目前全球范圍內(nèi)正在掀起石墨烯研究與開(kāi)發(fā)的高潮。從石墨烯專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)別分布來(lái)看，2013年全球石墨烯專(zhuān)利申請(qǐng)量最大的是中國(guó)，其次為美國(guó)、韓國(guó)和日本。在石墨烯相關(guān)論文方面，歐盟排名第一，2013年共發(fā)表了7800篇論文；就國(guó)別而論，依然是中國(guó)排名第一，共發(fā)表了6649篇論文。總體而言，目前中國(guó)已經(jīng)處在石墨烯研究的前沿陣地；但是，從研究深度和創(chuàng)新性而言，非常核心的技術(shù)和創(chuàng)新性技術(shù)中國(guó)仍未掌握。(二)研究機(jī)構(gòu)分布從事石墨烯研究的機(jī)構(gòu)比較廣泛，包括學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)、個(gè)人和政府層面。比較普遍的研究模式是學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)的合作，例如韓國(guó)三星與韓國(guó)成均館大學(xué)合作

21、對(duì)石墨烯的制備基礎(chǔ)方法和應(yīng)用開(kāi)展研究。從研究機(jī)構(gòu)專(zhuān)利數(shù)量口徑看，在前十名中，有4家機(jī)構(gòu)來(lái)自韓國(guó)，4家來(lái)自中國(guó)，2家來(lái)自美國(guó)。并且，6家機(jī)構(gòu)都是科研院所或獨(dú)立科研機(jī)構(gòu)，4家為企業(yè)。其中，專(zhuān)利數(shù)量最多的是韓國(guó)三星電子，其專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量為210個(gè)，占全球總量的7.3%，其研究范圍涵蓋了石墨烯制備方法和在顯示屏、鋰電池領(lǐng)域的應(yīng)用；其次為韓國(guó)成均館大學(xué)、浙江大學(xué)、IBM、清華大學(xué)等。(三)研究領(lǐng)域分布從石墨烯研究領(lǐng)域分布看，全球研究熱點(diǎn)主要在材料的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、石墨烯的制備研究、納米材料研究等。中國(guó)石墨烯研究熱點(diǎn)主要分布石墨烯納米復(fù)合材料、石墨烯制備、石墨烯電極等方向。統(tǒng)計(jì)了前20位主要研究機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)研

22、究領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)研究熱點(diǎn)分布于：（1）復(fù)合材料；（2）碳納米管；（3）電容器；（4）傳感器；（5）晶體管；（6）透明電極；（7）鋰電池；（8）燃料電池。上述研究大多屬于石墨烯應(yīng)用，而關(guān)于石墨烯的制備改進(jìn)工藝或者大規(guī)模量產(chǎn)石墨烯的基礎(chǔ)研究非常少。(四)最新研究成果在石墨烯制備方面，最新的研究成果是在生成單晶石墨烯的方法上，目前有兩種方法已經(jīng)能獲得直徑約為1mm的單晶石墨烯和直徑為25px的單晶石墨烯，但是這兩種方法各有優(yōu)劣。在石墨烯應(yīng)用方面，最新的研究成果包括把作為光敏元件（PD）的光增益提高到了原來(lái)的約1000倍、提高柔性濕度傳感器的響應(yīng)時(shí)間等。在鋰電池、半導(dǎo)體、傳感器、無(wú)線(xiàn)通訊、電容器、電子元件

23、、海水淡化等多個(gè)領(lǐng)域都有重大突破。在眾多最新研究成果中，屬于中國(guó)研究機(jī)構(gòu)的成果依然稀少，印證了前文中我們提到的，雖然中國(guó)在專(zhuān)利申請(qǐng)和論文發(fā)表方面在國(guó)際領(lǐng)先，但是在真正的研究前沿方面距離美國(guó)、日本和韓國(guó)等國(guó)家仍有一定差距。§ 六、全球石墨烯發(fā)展情況2014年底，西班牙石墨烯公司同科爾多瓦大學(xué)合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，其儲(chǔ)電量是目前市場(chǎng)最好產(chǎn)品的3倍，用此電池提供電力的電動(dòng)車(chē)最多能行駛1000公里，而其充電時(shí)間不到8分鐘。該公司已與德國(guó)四大汽車(chē)公司中的兩家進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試，計(jì)劃在2015年將該電池投入生產(chǎn)。2014年10月，美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員發(fā)現(xiàn)，揉皺的石墨烯紙可用于制備易彎曲

24、、折疊或拉伸到其原始大小800%的超級(jí)電容器，且揉皺平復(fù)1000次其性能也不發(fā)生明顯降低?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，未來(lái)5到10年里，石墨烯研究會(huì)有很大發(fā)展，首個(gè)石墨烯觸摸屏將在三五年內(nèi)上市，石墨烯電子紙樣品2015年可以研發(fā)成功，超薄超輕型飛機(jī)、超薄可折疊手機(jī)、高強(qiáng)度航空材料，甚至更富想象力的太空電梯等未來(lái)設(shè)備將在相關(guān)領(lǐng)域引發(fā)革命性突破，并帶動(dòng)價(jià)值數(shù)萬(wàn)億美元的新興產(chǎn)業(yè)鏈。1、 美國(guó)實(shí)力雄厚，科研與產(chǎn)業(yè)并駕齊驅(qū)美國(guó)作為科技強(qiáng)國(guó)，研發(fā)實(shí)力強(qiáng)，對(duì)石墨烯的研究投入開(kāi)始較早，投入力度也相對(duì)較大。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署2008年7月就發(fā)布了總投資2200萬(wàn)美元的碳電子射頻應(yīng)用項(xiàng)目，旨在開(kāi)發(fā)超高速和超低能量應(yīng)用的石墨

25、烯基射頻電路。2006年2011年間，美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金關(guān)于石墨烯的資助項(xiàng)目有200項(xiàng)左右，涵蓋了石墨烯研究和應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域。2014年，國(guó)家自然科學(xué)基金投入1800萬(wàn)美元、美國(guó)空軍科研辦公室投入1000萬(wàn)美元對(duì)石墨烯及相關(guān)的二維材料開(kāi)展基礎(chǔ)研究。美國(guó)良好的創(chuàng)業(yè)環(huán)境也促使了眾多小型石墨烯企業(yè)的誕生，產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用進(jìn)程相對(duì)較快。美國(guó)具有眾多研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁的大型企業(yè)，如國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）、英特爾、波音等投入大量的科研力量進(jìn)行石墨烯的研發(fā)。2012年，美國(guó)IBM公司成功研制出首款由石墨烯圓片制成的集成電路，使石墨烯特殊的電學(xué)性能彰顯出應(yīng)用前景，預(yù)示著未來(lái)可用石墨烯圓片來(lái)替代硅晶片。2014年1

26、0月，IBM研究人員發(fā)現(xiàn)石墨烯材料能大幅降低藍(lán)光LED成本，而這種技術(shù)有機(jī)會(huì)催生高頻晶體管、光探測(cè)器、生物傳感器以及其他“后硅時(shí)代”組件，為此，該公司計(jì)劃未來(lái)5年內(nèi)投入30億美元研究下一代芯片技術(shù)2、 英國(guó)投入巨資，確保英國(guó)能做出名堂英國(guó)是石墨烯的“誕生地”，但是相關(guān)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化卻落后于中國(guó)、韓國(guó)、日本和新加坡等亞洲一些國(guó)家。為改變這種局面，近幾年，英國(guó)政府投入巨資加速石墨烯的研發(fā)。2011年，英國(guó)政府宣布投入5000萬(wàn)英鎊（1英鎊約合1.52美元）支持石墨烯研究，包括建立總投資達(dá)6100萬(wàn)英鎊的國(guó)家石墨烯研究院；2012年12月，英國(guó)政府增撥2150萬(wàn)英鎊用以資助石墨烯材料應(yīng)用領(lǐng)域的研究；2

27、013年英國(guó)政府聯(lián)合歐洲研究與發(fā)展基金會(huì)共同出資6100萬(wàn)英鎊在曼徹斯特大學(xué)成立國(guó)家石墨烯研究院，由兩位諾貝爾獎(jiǎng)得主領(lǐng)銜，該研究院預(yù)計(jì)于2015年初建成。2014年，英國(guó)政府聯(lián)合馬斯達(dá)爾公司宣布繼續(xù)投資6000萬(wàn)英鎊在曼徹斯特大學(xué)成立石墨烯工程創(chuàng)新中心，作為國(guó)家石墨烯研究院的補(bǔ)充，加速石墨烯的應(yīng)用研究和開(kāi)發(fā)，維持英國(guó)在石墨烯及其他二維材料方面的世界領(lǐng)先地位。英國(guó)財(cái)政大臣奧斯本稱(chēng)，英國(guó)政府將“致力于確保讓英國(guó)的發(fā)現(xiàn)在英國(guó)做出名堂來(lái)”。不僅如此，英國(guó)還涌現(xiàn)了眾多致力于石墨烯生產(chǎn)和應(yīng)用的公司，比如英國(guó)著名的體育用品海德公司已于2013年起推出了添加石墨烯的網(wǎng)球拍，諾瓦克·德約科維奇等眾多網(wǎng)

28、球明星都在使用這款球拍。3、 歐盟聯(lián)合研發(fā)，積極搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)歐盟近年來(lái)對(duì)石墨烯的研發(fā)也投入較大。截至2011年，歐盟總共投入了約1.5億歐元推動(dòng)石墨烯的相關(guān)研發(fā)。2013年1月，歐盟委員會(huì)更是將石墨烯列為“未來(lái)新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目”之一，計(jì)劃10年內(nèi)提供10億歐元資助，將石墨烯研究提升至戰(zhàn)略高度，旨在把石墨烯和其他二維材料從實(shí)驗(yàn)室推向社會(huì)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)革命和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)。該項(xiàng)目由瑞典查爾姆斯理工大學(xué)牽頭、歐盟15個(gè)成員國(guó)的100多個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)組成，其中包括4名諾貝爾獎(jiǎng)得主。作為歐盟的重要成員國(guó)，德國(guó)于2010年啟動(dòng)了石墨烯優(yōu)先研究計(jì)劃，包括38個(gè)研究項(xiàng)目，前3年預(yù)算經(jīng)費(fèi)為1060萬(wàn)歐元；德國(guó)

29、聯(lián)邦教研部也于當(dāng)年投入了700萬(wàn)歐元資助相關(guān)研究，旨在加深對(duì)石墨烯性能的理解和操控，為新型石墨烯基電子產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。2012年10月，德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家成功制成石墨烯光電探測(cè)器，石墨烯制成的光電探測(cè)器能非?？焖俚靥幚砗鸵龑?dǎo)光電信號(hào)。4、 韓國(guó)重視專(zhuān)利，政府與企業(yè)合力發(fā)展韓國(guó)石墨烯相關(guān)研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，這不但得益于韓國(guó)政府近年來(lái)不間斷的支持，也得益于本國(guó)大型公司的巨大投入。韓國(guó)原知識(shí)經(jīng)濟(jì)部預(yù)計(jì)2012至2018年間向石墨烯領(lǐng)域提供總額為2.5億美元的資助，其中1.24億美元用于石墨烯技術(shù)研發(fā)，1.26億美元用于石墨烯商業(yè)化應(yīng)用研究。2013年，韓國(guó)產(chǎn)業(yè)通商資源部宣布整合韓國(guó)國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)

30、與企業(yè)力量推進(jìn)石墨烯商業(yè)化發(fā)展，包括韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院在內(nèi)的41家研究機(jī)構(gòu)將與6家企業(yè)形成石墨烯聯(lián)盟，合作攻關(guān)，政府將在未來(lái)6年投入4230萬(wàn)美元，希望打造每年153億美元的市場(chǎng)，形成25家全球領(lǐng)先企業(yè)。韓國(guó)注重保護(hù)和申請(qǐng)石墨烯專(zhuān)利，專(zhuān)利量居全球第三，僅次于美國(guó)和中國(guó)，遠(yuǎn)高于歐洲其他國(guó)家。產(chǎn)業(yè)企業(yè)層面，韓國(guó)三星投入了巨大研發(fā)力量，保證了其在石墨烯應(yīng)用于柔性顯示、觸摸屏以及芯片等領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位，在2011年研發(fā)出40英寸的石墨烯觸摸屏面板。2014年，三星先進(jìn)技術(shù)研究院與韓國(guó)成均館大學(xué)聯(lián)合宣布合成了一種能在更大尺度內(nèi)保持導(dǎo)電性的石墨烯晶體，是一種可以用在柔性顯示屏和可穿戴設(shè)備上的屏幕顯示技術(shù)。韓

31、國(guó)科學(xué)家也于去年11月宣布發(fā)明最新的石墨烯超級(jí)手機(jī)電池，可存儲(chǔ)與傳統(tǒng)電池等量的電量，但充電時(shí)間只需16秒。5、 日本政府資助，眾多企業(yè)爭(zhēng)相參與日本作為碳材料產(chǎn)業(yè)最發(fā)達(dá)的國(guó)家之一，從2007年起就對(duì)石墨烯的開(kāi)發(fā)進(jìn)行資助。例如：日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)2007年就對(duì)石墨烯材料和器件的技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行資助；經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省2011年實(shí)施的“低碳社會(huì)實(shí)現(xiàn)之超輕、高輕度創(chuàng)新融合材料”項(xiàng)目，重點(diǎn)支持了碳納米管和石墨烯的批量合成技術(shù)。除了日本政府的相關(guān)投入外，日本眾多企業(yè)，如日立、索尼、東芝等投入了大量資金和人力從事石墨烯的基礎(chǔ)研究以及應(yīng)用開(kāi)發(fā)，并取得了顯著進(jìn)展。日本索尼公司2012年就研發(fā)出了可以生成長(zhǎng)度達(dá)120米

32、的石墨烯的透明薄膜化學(xué)氣相生長(zhǎng)技術(shù)。6、 中國(guó)發(fā)展迅速，基礎(chǔ)與應(yīng)用研究并行中國(guó)是目前石墨烯研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)最為活躍的國(guó)家之一。數(shù)據(jù)顯示，在所有國(guó)家中，中國(guó)申請(qǐng)的石墨烯專(zhuān)利數(shù)量最多，已超過(guò)2200項(xiàng)，占全世界的1/3。新材料產(chǎn)業(yè)在“十二五”期間的發(fā)展目標(biāo)為自給率達(dá)到70%。規(guī)劃安排的每個(gè)重點(diǎn)子行業(yè)都有望通過(guò)5到10年的時(shí)間形成千億元至萬(wàn)億元的產(chǎn)值規(guī)模，未來(lái)的行業(yè)的產(chǎn)值有望達(dá)到數(shù)萬(wàn)億元。雖然我國(guó)現(xiàn)階段石墨烯的生產(chǎn)技術(shù)水平仍處于較低水平，尚未大規(guī)模量產(chǎn)，但作為新材料產(chǎn)業(yè) “十二五”規(guī)劃出臺(tái)后的首個(gè)熱點(diǎn)，隨著石墨烯技術(shù)與應(yīng)用的推進(jìn)，在此前863項(xiàng)目扶持的基礎(chǔ)上，相關(guān)部門(mén)正在考慮對(duì)石墨烯材料和應(yīng)

33、用加碼扶持，其中工信部等相關(guān)部門(mén)正在考慮統(tǒng)籌研究石墨烯材料，而石墨烯材料也有望進(jìn)入新材料“十三五”規(guī)劃。2013年7月，在中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)的支持下，多家機(jī)構(gòu)發(fā)起中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，目前中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)在無(wú)錫、青島、深圳和寧波建立了4個(gè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地。從近兩年的我國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)情況來(lái)看，熱點(diǎn)領(lǐng)域主要集中于石墨烯的制備以及作為透明導(dǎo)電電極、晶體管半導(dǎo)體器件以及傳感器和復(fù)合材料等領(lǐng)域，這些也是石墨烯有希望最先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)域，表明我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)處于第二階段，即技術(shù)成長(zhǎng)階段，進(jìn)而標(biāo)志著我國(guó)石墨烯研究正從實(shí)驗(yàn)室向產(chǎn)業(yè)化過(guò)渡。§ 七、石墨烯產(chǎn)業(yè)化前景展望（一）石墨烯行業(yè)發(fā)展的三個(gè)

34、階段第一階段是石墨烯在實(shí)驗(yàn)室階段。這個(gè)階段的特點(diǎn)是石墨烯的制備和石墨烯的市場(chǎng)都在實(shí)驗(yàn)室。研究人員最早成為石墨烯的消費(fèi)者，向石墨烯的制備提出了微小制備規(guī)模。供應(yīng)單位為毫克和克級(jí)。由于早期石墨烯的制備較為繁瑣，因此制備的任務(wù)也就由科研院所的研究人員承擔(dān)，形成了第一階段。2010年，一些媒體說(shuō)石墨烯價(jià)格4000-5000元/克，引起轟動(dòng)。石墨烯這么值錢(qián)!其實(shí)不是它值錢(qián)，而是它處于第一階段的早期，兩頭都在實(shí)驗(yàn)室，所以貴。第二階段是石墨烯在工廠階段。這個(gè)階段的特點(diǎn)石墨烯的生產(chǎn)和市場(chǎng)主要都在工廠。在第一階段的基礎(chǔ)上，隨著石墨烯制備技術(shù)的提高，工廠對(duì)石墨烯的興趣增加。也就是說(shuō)石墨烯由科研院所實(shí)驗(yàn)室走向工廠的

35、項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室。石墨烯在工廠的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室成熟之后，向石墨烯的制備提出了規(guī)模要求。這樣石墨烯的制備就有實(shí)驗(yàn)室走向中試工廠，從而達(dá)成石墨烯在工廠的第二階段。第三階段是石墨烯在百姓家階段。石墨烯市場(chǎng)在工廠之后，早期石墨烯被用于生產(chǎn)資料的生產(chǎn)，然后再到消費(fèi)資料生產(chǎn)，最后形成石墨烯在百姓家階段，從而使千家萬(wàn)戶(hù)能收益于石墨烯所帶來(lái)的便利。第三階段就是真正的石墨烯時(shí)代。(二)石墨烯產(chǎn)業(yè)化藍(lán)圖歐盟就石墨烯在光子和電子領(lǐng)域的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)提出了未來(lái)的藍(lán)圖，其預(yù)計(jì)透明導(dǎo)電膜將最先實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，2013年三星就開(kāi)發(fā)出了采用石墨烯試制的可以用于實(shí)用化水平的觸摸面板。上面藍(lán)圖主要描繪的是電子和光子領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)際上石墨烯的應(yīng)用遠(yuǎn)

36、不止光子和電子。但是，所有的藍(lán)圖規(guī)劃都必須依托于石墨烯量產(chǎn)，目前石墨烯的生產(chǎn)還僅僅局限于實(shí)驗(yàn)用層面，并未大規(guī)模量產(chǎn)用于商業(yè)用途。(三)產(chǎn)業(yè)化障礙阻礙石墨烯產(chǎn)業(yè)化的因素主要包括：（1）技術(shù)障礙；（2）石墨烯下游市場(chǎng)能否打開(kāi)；（3）石墨烯制備成本問(wèn)題。1、技術(shù)障礙在技術(shù)方面，目前石墨烯面臨兩方面障礙：第一，目前沒(méi)有找到獲得大面積單晶石墨烯的工業(yè)合成法；第二，未確立獲得帶隙的方法。2、市場(chǎng)問(wèn)題石墨烯下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，目前還處于前期專(zhuān)利布局期，對(duì)石墨烯需求最大的也僅僅是各大科研院所和實(shí)驗(yàn)室，并沒(méi)有大量石墨烯投入產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營(yíng)?？傮w而言，目前石墨烯產(chǎn)量、質(zhì)量及成本問(wèn)題并未獲得下游應(yīng)用市場(chǎng)的認(rèn)可，市場(chǎng)化應(yīng)用

37、推進(jìn)困難重重。3、價(jià)格問(wèn)題石墨烯原材料石墨的市場(chǎng)售價(jià)約為3000元/噸，而提煉成石墨烯后，由于無(wú)法量產(chǎn)，石墨烯制備成本一直居高不下。此前石墨烯價(jià)格高達(dá)5000元/克，比黃金還貴10幾倍。目前石墨烯的市場(chǎng)售價(jià)在100萬(wàn)元/噸左右（約1000元/克左右）。成本昂貴阻礙了下游產(chǎn)業(yè)化。因此，未來(lái)的突破點(diǎn)是如何找到更便捷的制造石墨烯的工藝手段，降低成本。(四)中國(guó)產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀中國(guó)石墨資源豐富，石墨儲(chǔ)量和產(chǎn)量均為全球第一，具備開(kāi)展石墨烯產(chǎn)業(yè)化研究的天然條件。工信部在2012年印發(fā)的新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃中提出，加強(qiáng)納米技術(shù)研究，重點(diǎn)突破納米材料及制品的制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，積極開(kāi)發(fā)納米粉體、納米碳管、富勒烯

38、、石墨烯等材料，這對(duì)石墨烯行業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的政策基礎(chǔ)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)各省也都積極地對(duì)石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)行布局。§ 八、石墨烯相關(guān)上市公司 1、中國(guó)寶安 寶安旗下子公司貝特瑞擁有中國(guó)天然鱗片狀石墨主要產(chǎn)地之一的黑龍江雞西石墨礦，四年前開(kāi)始進(jìn)行石墨烯的研究開(kāi)發(fā)。目前已完成石墨烯制備工藝的小試，正在進(jìn)行中試，并已提交了該產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)一項(xiàng)，還沒(méi)有具體的產(chǎn)量時(shí)間表。石墨烯的需要主要還是靠下游驅(qū)動(dòng)，從實(shí)驗(yàn)到量產(chǎn)不是短期之內(nèi)可以看到的，但是對(duì)其未來(lái)發(fā)展前景還是非常樂(lè)觀的。2、中鋼吉炭     中鋼吉炭是中國(guó)炭

39、素行業(yè)新產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)中心、新技術(shù)應(yīng)用中心、產(chǎn)品檢測(cè)中心；是集生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、研發(fā)于一體的國(guó)家化大型企業(yè)。公司目前擁有年產(chǎn)15萬(wàn)噸炭素產(chǎn)品的能力，特別是在碳纖維等新產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)上具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。3、方大炭素 方大炭素是亞洲最大，世界第三大的炭素制品生產(chǎn)供應(yīng)商，目前已經(jīng)具備了9000噸特種石墨的生產(chǎn)能力，在產(chǎn)品研發(fā)和規(guī)模生產(chǎn)上都具備優(yōu)勢(shì)，特別是在特種石墨產(chǎn)品的研發(fā)商具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。4、新華錦 新華錦集團(tuán)投入15至20億元在平度建設(shè)一個(gè)集石墨高端研發(fā)、高科技深加工、產(chǎn)品集中交易和生態(tài)友好型原料開(kāi)采的自主創(chuàng)新戰(zhàn)略高地、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)業(yè)平臺(tái)和新能源新材料產(chǎn)業(yè)園，形成年產(chǎn)銷(xiāo)額過(guò)100億元的石墨新材料和新能源規(guī)?；a(chǎn)業(yè)。另外石墨烯相關(guān)概念股還有烯碳新材