中國石墨烯市場趨勢分析

1、石墨烯市場發(fā)展趨勢分析2016-02-12 05:03:00 來源： 知乎 作者：宮非石墨烯，這個(gè)讓人又愛又恨的家伙，看起來像是高大上，實(shí)際上也不過是我們平日用的“鉛筆”中的幾層而已。但由于熱與壓力的緣故，使得石墨烯在大自然無法自行生成，必須透過某些工藝來取得，這個(gè)難題這就它成為各國追捧的前沿材料。其實(shí)，進(jìn)入石墨烯行業(yè)的門坎很低，每間高校的材料化學(xué)課題組都可以自行制備，但要做得好很困難，因?yàn)槟愀静欢┰趺慈ミ\(yùn)用在各種領(lǐng)域上。站在巨觀的角度，石墨烯已經(jīng)被證明有那么多優(yōu)異的性質(zhì)，在現(xiàn)今材料突破的方向發(fā)展絕對(duì)是正確的。但在微觀的角度來看，先前因?yàn)槭┲苽淅щy，業(yè)者認(rèn)為性價(jià)

2、比太低沒有意愿參與，現(xiàn)在可以量產(chǎn)了，價(jià)格也很低，但卻遇到傳統(tǒng)氧化還原法的石墨烯物性差真正石墨烯太多。加上中國從 2006 年就有石墨烯公司成立到現(xiàn)在，很遺憾的多是停留在“只聞樓梯響”的階段，前段時(shí)間還高談 2015 年是中國石墨烯產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)元年，但現(xiàn)在的情況還是令人失望。(見圖一. 石墨烯八大物性。)第一部分我們來回顧中國石墨烯的發(fā)展道路。中國自 2009 年積極推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)，即便在 2013 年陸續(xù)成立了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，幾年過去了還是沒有太多令人驚艷的成果，讓我們不禁疑慮難道石墨烯不像我們聽到的那么神奇了嗎？其實(shí)不然，只不過問題核心出在三個(gè)地方第一，正由于制備氧化石墨烯進(jìn)入門坎低所以充斥市面，但

3、石墨烯氧化物為絕緣體，做導(dǎo)電、導(dǎo)熱材料效果勢必不佳第二，目前臺(tái)面上的石墨烯公司的領(lǐng)導(dǎo)大多都是學(xué)者出身，往往都有其專業(yè)領(lǐng)域但非渠道出身，為取得石墨烯材料而參考 Hummers 法改良成可量產(chǎn)，但這通常制約其往其他不同領(lǐng)域深研的機(jī)會(huì)第三，錯(cuò)以為石墨烯為“超級(jí)材料”加進(jìn)去就有效，其實(shí)石墨烯不能黏附在各類材質(zhì)上，必須以高分子復(fù)材方式進(jìn)行，那就要先解決界面問題，要懂得依功能需要挑選不同基材后，石墨烯的組分也不同，加上石墨烯有 600多種品項(xiàng)，一家公司只有氧化還原制備幾種石墨烯怎么可能符合各類型應(yīng)用技術(shù)來。(見圖二.中國石墨烯產(chǎn)業(yè)化基地。)但吊詭的是 99% 的石墨烯廠家都采用氧化還原法，原因很簡單，就是

4、可以量產(chǎn)使成本大幅下降。我估算過如果在高校實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯為每克 40 元，石墨烯公司生產(chǎn)氧化石墨為 1 元的話，還原氧化物石墨烯大概不超過 5 元。但除了應(yīng)用范圍受限外，更嚴(yán)重的問題是廢酸處理成本及后續(xù)影響環(huán)境未被計(jì)算進(jìn)成本，生物質(zhì)石墨烯，靠譜嗎？。所以我才會(huì)一直呼吁那些成立很久的石墨烯公司如果不自廢武功重新來過，未來將不可能有機(jī)會(huì)改變現(xiàn)況的。這是石墨烯產(chǎn)業(yè)化無法突破的第一點(diǎn)。其次，千萬不要把石墨烯當(dāng)成“超級(jí)材料”，材料應(yīng)用總是離不開各類機(jī)理的。加上石墨烯屬于增益材料，滲濾閾值通常很低就達(dá)到很好的效果，所以在機(jī)理后要以主材質(zhì)的角度去思考。我們舉石墨烯導(dǎo)電油墨為例 (片電阻 10E0 奧姆，比

5、 Vorbeck 還高一個(gè)數(shù)量級(jí)，成本為 15)，首先，要考慮涂布在何種基材？為了不脫落要選用甚么樹脂？ 樹脂與石墨烯的界面怎么解決？要加入那些成分以達(dá)到導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)與分散均勻？ 接著還要考慮石墨烯滲濾閾值多少才能超出現(xiàn)有市售規(guī)格？ 最后，終端成本的性價(jià)比如何？ 傳統(tǒng)石墨烯公司的思維是亂槍打鳥，就免費(fèi)送唄，總會(huì)被我蒙到幾個(gè)可以用的產(chǎn)品，但你只有一二種石墨烯材料，難怪到現(xiàn)在還一事無成。這是石墨烯產(chǎn)業(yè)化無法突破的第二點(diǎn)。最后，近年來中國各地政府大力支持石墨烯產(chǎn)業(yè)，從重慶、山東、江蘇及廣東形成幾個(gè)石墨烯部落，當(dāng)?shù)卣踔良莱鲅a(bǔ)助方案，但是應(yīng)用技術(shù)推廣失利的惡性循環(huán)下，大部分石墨烯公司不是經(jīng)營困難就是半歇

6、業(yè)領(lǐng)補(bǔ)助。各位回想 2015 年 3 月發(fā)表的影馳手機(jī)現(xiàn)在在何處？那些石墨烯潤滑油、枕頭或體溫計(jì)，我們?cè)摰侥睦锊刨I得到。我只能說這些廠家不負(fù)責(zé)任，加入石墨烯不過提升個(gè) 3040% 就急得發(fā)表，要不是有壓力，要不就是想制造話題，否則消費(fèi)者根本不買單，壞的是讓民眾對(duì)石墨烯不再有憧憬了，那還高談闊論石墨烯產(chǎn)業(yè)元年將情何以堪？這是石墨烯產(chǎn)業(yè)化無法突破的第三點(diǎn)。我在這里歸納了造成石墨烯的亂象有三：第一點(diǎn)，有了石墨烯量產(chǎn)能力并不代表可以商品化。石墨烯生產(chǎn)工藝主流大致上分成兩個(gè)區(qū)塊，第一塊是以氧化還原法制備石墨烯粉末 (含氧化石墨烯)，第二塊是以化學(xué)氣相沉積制備石墨烯薄膜。這兩個(gè)技術(shù)基本上與國外并無太大差異

7、，石墨烯粉末都是同樣師法改良式 Hummers法，這連一般高?；ぁ⒉牧舷档恼n題組都可以自己做出來?；旧洗箨懹捎谫Y源挹注較多，所以產(chǎn)能上比國外更大。但值得我們省思的是中國投入這么多的資源，結(jié)果卻是在全球石墨烯產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展實(shí)力排行僅是第三？中國石墨烯專利申請(qǐng)累積 13，427 件，遠(yuǎn)高于第二名美國的 4，429 件，但我們又有哪些應(yīng)用商品真正上市呢？第二點(diǎn)，為了追求量產(chǎn)的結(jié)果犧牲了石墨烯物性。中國石墨烯產(chǎn)業(yè)自 2009 年推動(dòng)迄今為何一籌莫展？其原因有三在前面已經(jīng)說明了。難道，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)就沒有機(jī)會(huì)了嗎？最近有個(gè)機(jī)會(huì)與中科院某個(gè)研究所談到石墨烯潤滑油合作開發(fā)項(xiàng)目，他們采用機(jī)械剝離及電化學(xué)法自

8、行制備石墨烯材料，據(jù)他們說每克成本僅 1 元。這是好事，雖然機(jī)械剝離法一般在 10100 微米之間，存在產(chǎn)率低和成本高的不足，不能滿足工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)要求，但至少已經(jīng)往對(duì)的工藝方向去進(jìn)行。其次，每天僅生產(chǎn)幾十公斤，這在中試前還不太有影響，但進(jìn)入量產(chǎn)前就要先規(guī)劃好后續(xù)可行方案才行。第三點(diǎn)，發(fā)展中國結(jié)合渠道及政策的石墨烯旗艦計(jì)劃才是王道。我們看到歐盟石墨烯旗艦計(jì)劃講求打群架，反觀中國石墨烯各地產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟做的是搶食少數(shù)應(yīng)用市場，分散資源各自為政，這才是我們最不愿意看到的現(xiàn)象。簡單地說，國家政策很明確是鼓勵(lì)石墨烯產(chǎn)業(yè)的，但只想靠政府補(bǔ)助卻不去思考如何整合石墨烯產(chǎn)業(yè)，終究會(huì)被市場淘汰的。他山之石可以攻錯(cuò)

9、，中國一定要以整個(gè)石墨烯平臺(tái)的概念去整合“政府- 資金- 渠道- 技術(shù)- 生產(chǎn)”的模式才能突圍，這點(diǎn)我們會(huì)在后面再說明清楚。第二部分，我將厘清大家對(duì)石墨烯的幾點(diǎn)誤解。第一、石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還需要尋找石墨烯的真正應(yīng)用，即那種“獨(dú)占式”、能夠體現(xiàn)石墨烯優(yōu)勢的應(yīng)用。答：錯(cuò)。我一直鼓吹“機(jī)理為本、石墨烯為用”。石墨烯無非是一種碳材料，跟碳纖維、碳納米管沒有本質(zhì)的區(qū)別，關(guān)鍵是看用在哪里，只要性價(jià)比足夠好，市場足夠大，就是很好的應(yīng)用。很多已經(jīng)成熟的應(yīng)用，其實(shí)都沒有看上去那么“高大上”，譬如塑料、涂料及潤滑油這些接地氣的產(chǎn)品已經(jīng)可以先商品化了。(見圖三. 石墨烯應(yīng)用技術(shù)范疇。)第二、石墨烯就是單層石墨，其它

10、的都不是石墨烯。答：錯(cuò)。石墨烯存在兩種形態(tài)石墨烯薄膜和石墨烯粉體，我們發(fā)現(xiàn)不同的石墨烯制備技術(shù)可以適用在不同的應(yīng)用技術(shù)。把單層石墨烯當(dāng)作寶是不切實(shí)際的想法，記得前面舉過石墨烯導(dǎo)電油墨的例子，既然石墨烯導(dǎo)電性世界第一，干么不直接黏附在基材上就好，原因在石墨烯本身無法直接黏附在任何材質(zhì)上 (沉積法除外)，必須與高分子結(jié)合成復(fù)材形式才能不脫落。在這個(gè)例子還不能用單層石墨烯，倒不是成本的問題，而是層與層如果沒有連成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)就無法達(dá)到導(dǎo)電功能，加入過多石墨烯會(huì)使高分子變硬變脆，反而做不出好的導(dǎo)電油墨來。(見圖四. 石墨烯應(yīng)用技術(shù)與材料矩陣。)第三、石墨烯的主要挑戰(zhàn)是要同時(shí)滿足兩個(gè)條件：低成本和高質(zhì)量。答

11、：錯(cuò)。我們已經(jīng)發(fā)展五代的石墨烯都已經(jīng)達(dá)到每克 1 元以下成本，經(jīng) XPS 檢測含氧率僅 0.10.5%，接近純石墨烯，其他表征數(shù)據(jù)也證明質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到高水平。那接下來的挑戰(zhàn)是甚么？其實(shí)在于喚醒中國大型公司對(duì)石墨烯的信心。過去三年我接觸許多上市公司，對(duì)于成本及質(zhì)量都很贊嘆，坦言對(duì)我說如果是幾年前馬上就投資合作，但過去受到石墨烯概念股的忽悠，還是要我們做出樣品再來討論。上個(gè)月我們才剛以普蘭特 I 型水泥完成 28 天齡試片，經(jīng)抗壓強(qiáng)度測試高于市售產(chǎn)品 200%，反正真金不怕火煉，只要找到對(duì)的材料，加上我們有超過 200 種石墨烯材料組合，成功機(jī)率自然高過同業(yè)。(見圖五. 石墨烯各類檢測表征。)第四、

12、石墨烯不能一藥治百病，踏實(shí)做好研究才是關(guān)鍵。答：前面對(duì)、后面錯(cuò)。石墨烯終究要結(jié)合各類機(jī)理來制備客制化石墨烯，才能達(dá)到預(yù)期的物性，所以我一直強(qiáng)調(diào)石墨烯不是超級(jí)材料，倒是可以用工業(yè)味精來形容它。我說后面錯(cuò)并不是說踏實(shí)做好研究不對(duì)，而是在做好研究之前，先要清楚你究竟要做甚么？那就是我說的方向?？碉w宇教授曾說：中國目前面臨著石墨烯研發(fā)仍然局限于高校和科研院所，雖然在石墨烯論文發(fā)表量上位居全球首位，但不少科研院所并不知道產(chǎn)業(yè)界到底要什么，科研和應(yīng)用脫節(jié)問題突出。所以，做好研究 (是方法) 卻不能商轉(zhuǎn)是浪費(fèi)國家資源的大事，千萬不要本末倒置。(見圖六. 石墨烯生產(chǎn)工藝。)第五、中國在基礎(chǔ)研究上的問題，主要是

13、缺乏國家的引導(dǎo)，而企業(yè)不可能做這方面投入。答：錯(cuò)。回到市場機(jī)制才是王道。國家政策很清楚，我這幾年接觸地方政府及上市公司的經(jīng)驗(yàn)告訴我，地方政府招商當(dāng)?shù)赝顿Y以促進(jìn)稅收及就業(yè)，上市公司面臨企業(yè)轉(zhuǎn)型危機(jī)，大家都在等石墨烯能實(shí)現(xiàn)多贏局面，但幾年過去了，補(bǔ)助也給了，成果還是沒看到。所以溯本清源，石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)反求諸己，先證明自己的技術(shù)可以取代現(xiàn)有市面產(chǎn)品，爭取上市公司合作回饋在當(dāng)?shù)卦O(shè)廠，這才是負(fù)責(zé)任的態(tài)度。過去地方并不是沒有給優(yōu)惠政策，成果不好也可以歸咎材料不佳或想法錯(cuò)誤，如今已經(jīng)有公司突破這些困境，我倒希望各地石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟能負(fù)起該盡的義務(wù)。當(dāng)然還是有不少有識(shí)之士，能夠看到這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)律，誰說企業(yè)不可

14、能主導(dǎo)整個(gè)平臺(tái)呢 (見圖七. 石墨烯產(chǎn)業(yè)整體套路。)第六、石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)該做的不僅是高品質(zhì)的材料，還有配套的應(yīng)用解決方案？答：觀念是對(duì)的，但很少有廠商做得到。朱宏偉教授曾說：現(xiàn)在國內(nèi)的石墨烯應(yīng)用，有些確實(shí)是在炒概念，真正做石墨烯的企業(yè)其實(shí)沒有幾家，很多都是原來做石墨等碳材料的企業(yè)，甚至完全不相關(guān)的企業(yè)打著石墨烯的旗號(hào)，或者炒作股票，或者爭取國家基金，真正做石墨烯并且真正能賺錢的企業(yè)屈指可數(shù)。好了，就算你跳出學(xué)界自行創(chuàng)業(yè)，但你只會(huì)用原先寫論文時(shí)的那套工藝，做的是學(xué)校后續(xù)研究的產(chǎn)業(yè)版，但殘酷的是生產(chǎn)追求“一致化”，現(xiàn)實(shí)也是很殘酷的。更嚴(yán)重的是并不知道產(chǎn)業(yè)界到底要什么，科研和應(yīng)用脫節(jié)問題突出。第七、

15、石墨烯是不是一蹴可及的？答：這是一條漫長但值得投入的產(chǎn)業(yè)。Geim 之前接受中國媒體采訪時(shí)就指出，許多已發(fā)表的石墨烯論文中，一半的研究會(huì)被廢棄掉。另一方面，許多專利，特別是產(chǎn)自大學(xué)的專利，其中 90% 并沒什么價(jià)值，99% 的專利最終會(huì)作廢，維護(hù)這些專利也會(huì)花很多費(fèi)用，很多人為此在浪費(fèi)生命。我們認(rèn)為物盡其用，學(xué)界的優(yōu)勢在不斷實(shí)驗(yàn)找出藏在背后的機(jī)理，產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢是嗅出可以取代現(xiàn)有技術(shù)的缺口，雖然有些像安全及生命的技術(shù)需要認(rèn)證期較長，我們卻可以先進(jìn)行一些門坎低、驗(yàn)證期短的產(chǎn)品先導(dǎo)入市場。第八、2015 年是否可以看作是石墨烯商業(yè)化的元年？答：我不認(rèn)同，因?yàn)檫€是沒有令人驚艷的成果。2015 年對(duì)整個(gè)石

16、墨烯行業(yè)來說，已可以用轟轟烈烈來形容，很多人認(rèn)為可以看作是石墨烯商業(yè)化的元年。但是，在喧鬧的背后，不能不正視的事實(shí)是，現(xiàn)有的商業(yè)應(yīng)用依然是對(duì)現(xiàn)有材料有限的改進(jìn)，而并沒有質(zhì)的提升，由于石墨烯概念受到資本市場的追捧，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，但炒作的現(xiàn)象還是跟印象中的石墨烯概念股一樣，讓民眾又再次失望了。第九、難道采用氧化還原法石墨烯的廠商就沒有救了嗎？答：錯(cuò)。制造氧化還原石墨烯的設(shè)備以簡單的反應(yīng)釜設(shè)備和超聲波設(shè)備為主，但是這樣的方法做出來的石墨烯，強(qiáng)烈的氧化過程會(huì)造成石墨烯結(jié)構(gòu)的大量缺陷，這些缺陷導(dǎo)致石墨烯導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的大幅度下降。另外氧化石墨烯即使經(jīng)過還原，石墨的片層結(jié)構(gòu)的缺陷不能被修復(fù)，石墨烯片層上會(huì)

17、含有大量的含氧官能團(tuán)(5-15%)。這種方法所生產(chǎn)的石墨烯，缺點(diǎn)是氧化還原的操作過程過程復(fù)雜繁瑣，廢酸廢水產(chǎn)生量太大，污染嚴(yán)重不容回避。氧化還原法生產(chǎn) 1 克石墨烯會(huì)產(chǎn)生 200 克以上廢酸，甚至回收廢酸的成本比原料還要高，加上適用范圍有限，只有自廢武功重來才有機(jī)會(huì)。中國的產(chǎn)業(yè)化走在世界的前面，不好的方面，是基礎(chǔ)研究沒有跟上，國外比較注重基礎(chǔ)研究，并不急于商業(yè)化，再過三五年，發(fā)展勢頭就會(huì)放緩，歐洲的優(yōu)勢就會(huì)體現(xiàn)出來。如果已經(jīng)達(dá)到那個(gè)地步，中國業(yè)者接著要怎么辦呢？ 我們?cè)敢庾鲱I(lǐng)頭羊，透過各地建置石墨烯產(chǎn)業(yè)園模式把石墨烯材料組合釋放出來，只要大家捐棄成見，形成共識(shí)，誰說企業(yè)不可能做這方面投入。第十、給中國石墨烯產(chǎn)業(yè)化的建議為何？答：我認(rèn)為要找資金不難，找到愿意合作開發(fā)的出海口比較難，原因多半因這些大公司擔(dān)心技術(shù)外泄給競爭對(duì)手，情愿自己買來蠻干，但隔行如隔山，石墨烯技術(shù)涉及太多不同領(lǐng)域，即使售價(jià)已經(jīng)降到每克 3元，這些大公