刘荣华：石墨烯产业正处在突破前的关键期

中国科技网讯 （记者 左常睿）被誉为““新材料之王”的石墨烯2004年被发现后，全球对石墨烯的研发迅速升温，2010年诺贝尔物理学奖的颁布更是将石墨烯产业推向高潮。但是，近年来石墨烯规模化应用却频繁遇冷，有观点悲观地认为，石墨烯实现产业化为时过早。

事实果真如此吗？

6月16日，由中国首家石墨烯交易平台――石墨邦和中信证券在京共同主办的中加石墨烯产业及应用研讨会上，中外嘉宾学者分别就石墨烯市场现状及趋势、产业政策及发展问题进行了深入的交流与探讨。

会后，记者专访了石墨邦创始人刘荣华，他透露，根据他们近期对石墨烯产业链的大量调研发现，石墨烯正处在产业化突破期的关键阶段，“这与外界普遍认为的存在很大的差距”“。

中加石墨烯产业及应用研讨会现场中外专家互相交流。

国内首家石墨烯交易平台――石墨邦创始人刘荣华在作《中国石墨烯市场发展现状及趋势》的报告。

会后，中加专家两国亲切交流。

“粉”“膜”登场，应用场景众多

“石墨烯目前主要以石墨烯粉体及石墨烯薄膜两种形式存在。”刘荣华介绍说，石墨烯粉体是通过天然石墨制备出来，其制备方法主要有机械剥离法和氧化还原法，应用于新材料领域和能源领域。新材料领域包括防腐涂料、散热材料、电学材料和功能增强材料等；能源领域包括超级电容器和锂离子电池。

石墨烯薄膜是通过甲烷制备出来，其制备方法主要有化学气相沉积法和外延生长法，应用于电子领域、环境领域和医药领域等。电子领域包括触控屏、电子元器件、传感器材料和燃料电池材料等；环境领域包括金属污染土壤修复、重金属污染治理、海水淡化和雾霾预警等；医药领域包括靶向药物输送和催化载体等。

在复合材料中有三大应用

石墨邦对国内的石墨烯企业进行调研后了解到，目前石墨烯在复合材料中的比较明确的几个应用包括防腐涂料、改性塑料以及石墨烯EPS。

刘荣华向记者介绍，在常用的防腐涂料中添加石墨烯可以使涂料具备阴极保护效应，使得其防腐性能优于现有的重防腐涂料，且具备更强的韧性、附着力与耐水性，十分适合应用于海洋工程、交通运输、大型工业设备、市政设备等投入大且对防腐性能要求高的领域。

“我国常规防腐涂料产量增长速度为 15%-20%，而重防腐涂料产量增长速度保持在 15%左右。”他说， 2015 年我国常规防腐涂料、重防腐涂料产量分别达到 300 万吨和 150万吨左右，防腐涂料总产量达到 450 万吨左右。据此估计， 到 2017 年防腐涂料总产量或可达 600 万吨以上，“按 1%的防腐涂料中添加 5%的石墨烯，也有数千吨的需求量，石墨烯作为一种优良的添加剂，可以全面的提升涂料性能，未来在高端防腐涂料、导电涂料、防火涂料等领域可大放异彩”“。

此外，石墨烯本身具备良好的力学性能、导电性与导热性。当添加至塑料材料中时，也能很好的改善材料的各类特性。石墨烯具备优异的力学性能，添加到塑料中时能够改善材料的拉伸强度、断裂伸长率、硬度等。

据研究表明，当 PVC/石墨烯复合材料中石墨烯占比达到 2%时，复合材料的拉伸强度提升了 130%，对于材料的力学特性有很好的改善。石墨烯改性塑料应用广泛，市场空间大。

“以 PVC 材料为例，我国每年 PVC 塑料产量约为 1800 万吨，按 1%的 PVC 材料添加 5%的石墨烯来测算，单 PVC 塑料领域对石墨烯的需求就有接近万吨级别。除塑料材料之外，其他高分子材料如橡胶等对石墨烯需求量也十分巨大“。

刘荣华说，在传统的可发性聚苯乙烯（EPS）中接枝一定质量的石墨烯，作为阻燃剂和反红外线物质，经由悬浮聚合的方法制备的可膨胀PS颗粒。在可发性聚苯乙烯(EPS)中导入石墨烯，是使其再次提升优良的保温性能基础上，并具有更加良好的阻燃性能及力学性能。

石墨烯EPS与普通聚苯板相比，具备两大优点：低导热系数与低密度。石墨烯EPS的导热系数国家标准为0.033w/m.k，普通EPS板的导热系数国家标准为0.039w/m.k。石墨烯EPS比普通聚苯板导热率大幅降低了20%，意味着保温层的经济厚度可以降低20%；石墨烯EPS的密度也显著低于普通聚苯板，在同样的保温效果下，意味着原材料的使用量可以大幅降低，更加符合节能环保的标准。

在锂离子电池市场上潜在容量巨大

“石墨烯在锂离子电池中的应用比较多元化，目前已经实现商业化的是用在正极材料中作为导电剂，来改善电极材料的导电性能，提高倍率性和循环寿命“。刘荣华认为，在锂电池导电添加剂应用方面， 锂离子电池目前常用的导电添加剂为炭黑与碳纳米管。

与炭黑与碳纳米管相比，石墨烯具备高电子迁移率、超高电荷载流子迁移率，是作为导电添加剂的理想材料，可显著降低电池内阻，提高倍率性能与循环寿命。““石墨烯已经作为一种新的添加剂被广泛研究与验证，但目前更多是与炭黑、碳纳米管混合一起，而不是实现完全的替代。”

随着新能源汽车产量的迅猛增长，市场对于导电添加剂的需求也将呈飞速提升态势。刘荣华预计到 2018 年，石墨烯导电剂用量将达 500 吨，其在锂电池导电剂材料中占比也将逐步提高。以目前导电浆料中约 5wt%含量的石墨烯来估算， 2018 年对应的石墨烯导电浆料需求量在 10000 吨以上。

在柔性显示领域石墨烯薄膜大展身手

目前，在国内已有多家企业实现从柔性屏到多点触控柔性屏的突破。 以石墨稀材料技术制作的柔性触摸屏可让不规则或弧形的移动设备实现先进的多点触控功能，韩国三星和兰石科技均宣布制成了石墨烯可折叠显示器、常州二维碳素(833608.OC)实现了大规模石墨烯透明导电薄膜生产线的投产。

“石墨烯适用于制作高灵敏度应力传感器。”刘荣华提出石墨烯不但具有纳米尺寸，而且还具备准连续特点，这种准连续的纳米石墨烯薄膜可转移到柔性衬底上，制作柔性、透明的高灵敏度应力传感器，进而应用于人造电子皮肤等领域。并且由于石墨烯传感器稳定性强、体积小， 制成的石墨烯电子皮肤厚度小，可被黏在手指上检测关节活动；诺基亚和中科院物理所等均已宣布在石墨烯电子皮肤中取得进展； 应力测量范围超过 30%，灵敏因子提高到 500 以上。

有望入选十三五新材料重大专项

目前，市场对于石墨烯产业政策的预期越来越强烈，石墨烯有望入选十三五新材料重大专项。

刘荣华认为石墨烯产业化进入了突破前的黎明期，经过调研，他们掌握了国内部分石墨烯企业2015年已经突破了千万收入，“今年有望突破亿元收入。在复合材料、锂离子电池正极材料以及电子触摸屏领域最有希望率先实现产业化”。

2015年国务院发布《中国制造2025》，明确了石墨烯在战略前沿材料中的关键地位，强调其战略布局和研制，为提升中国制造水平积蓄力量。

到2025年，石墨烯在这四个领域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防腐蚀涂料、柔性电子用石墨烯薄膜和光电领域用石墨烯基高性能热界面都要实现规模化应用。

石墨烯产业化的关键是发挥石墨烯的材料特性，寻找高性价比应用。 关于石墨烯产业化，未来石墨烯产业的发展主要取决于下游应用技术和市场开拓进展；而石墨烯应用的关键在于怎么把石墨烯和现有材料体系融合，更大限度地发挥石墨烯的优异性能，取得较高的性价比。

根据石墨烯的不同特性、技术难度和应用性价比，刘荣华总结了以下发展路径：近期复合材料+触控产品。 “目前石墨烯粉体和薄膜产品已经具备了量产可能性，相对应的如导电导热添加剂、防腐散热材料、复合材料，以及触摸屏应用领域有望最早实现突破”。

中期能源领域+传感器。 石墨烯高导电性、高比容量和比表面积的特性已经被尝试用于改善超级电容的能量密度和充放电速度。“另外由于其光线敏感度是普通传感器的1000 倍，传感器应用也有望作为中期目标实现”。

“长期来看，石墨烯想象空间最大的领域是对硅的替代，成为下一代超高频率晶体管的基础材料，应用于用于高性能集成电路和新型纳米电子器件中。”刘荣华充满期待的说。