中美石墨烯产业发展的8大差异及其重要启示

自石墨烯被成功制备以来，世界各国都掀起了“石墨烯热”。从竞争行为层面看，美国和中国属于世界第一梯队，石墨烯产业表现出很强的竞争实力。我国天然石墨的储量、国家对石墨烯的重视程度及石墨烯的产业化进程远超美国。但与美国相比，我国石墨烯产业发展还存在偏低端化、标准制度不完善等诸多问题。本文主要通过阐述中国与美国石墨烯产业发展的8方面差异，发现我国石墨烯产业发展中存在的问题，并提出相应的对策建议，以期我国石墨烯产业能向高端、精准、质优的方向迈进。

一、中美石墨烯产业发展差异

1

资源：依赖进口VS世界第三

美国：根据美国地质局统计数据，近年来美国官方并未公布天然石墨的开采数据，美国天然石墨消费主要依赖进口。

中国天然石墨储量位列世界第三（数据来源：USGS,2016）

中国：由美国地质调查局数据显示，全球石墨储量 2.5 亿吨，其中土耳其、中国、巴西的总储量占世界储量的85%以上，其中中国 5500 万吨，占比 22.0%，位居全世界第三。

对比：我国具有明显的储量优势。美国天然石墨储量不多，依赖进口。

2

心态：有序理性VS快追猛上

美国：相对淡定。并未将推动石墨烯技术研发提高到国家战略层面上，研究项目也并不享受优先级的待遇。

中国：高度关注。政府出台大量政策支持，地方设立诸多优先级的待遇，企业积极投入想要早分一杯羹。

对比：美国的石墨烯项目严谨而理性，仅以“石墨烯研究很重要”为由根本不予批准，倒逼研究者发挥更高的创造力；中国石墨烯产业发展环境相对宽松，成果很多，但多而杂，整体质量不高。

3

概念：单层石墨VS石墨烯类

美国：石墨烯是单层石墨，其优良特性主要体现在单层结构上，随着层数的增加，诸多优越性能都将降低。

中国：10层以下的都是石墨烯，包括单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯等。

对比：目前国内实现量产的石墨烯多数是晶格缺陷较高、多层堆叠的石墨烯类产品，只能体现石墨烯的部分特性，并且缺乏统一的检测标准。

4

制备：“自下而上”VS“自上而下”

美国：主要采用“自下而上”的CVD 法和外延生长法。

CVD气相沉积法过程示意图

SiC外延生长法过程示意图

中国：我国大多数石墨烯都是通过“自上而下”的氧化-还原法制备而成。

化学氧化还原法过程示意图

对比：“自下而上”法制备石墨烯虽然制备成本较高，但制备出的石墨烯多为面积较大、质量较高的单层石墨烯；“自上而下”虽然成本低、可大规模生产，但制备出的石墨烯往往存在许多缺陷，也难以用于集成电路、芯片、传感器、光电器件等领域。

5

研究：基础为主VS偏重应用

美国：科学界和产业界普遍认为，石墨烯目前仍以实验室研发为主，尚不适合大规模产业化。

中国：急于将技术推向市场，加大产业化应用推广。

对比：基础研究为应用研究提供原始驱动力，需要资金支持，有可能“坐冷板凳”；应用研究在目标上考虑的是科研能否快速得以应用和赢得利润，需要基础研究的支持。基础研究缺乏创新，应用研究便不可持续。

6

专利：少VS多

石墨烯技术专利最早优先国家/地区分布（来源：2018石墨烯技术专利分析报告）

美国：在检索到的全球 51054 件专利（族）中，申请了美国专利的有 7652 件，约占15%。其申请者主要以IBM、沃尔贝克、美国纳米技术仪器公司等大型跨国公司为主，重点布局于集成电路、晶体管、传感器、信息存储、增强复合材料等领域。

USPTO受理的石墨烯专利数量的年度变化趋势（来源：2018石墨烯技术专利分析报告）

中国：在检索到的全球 51054 件专利（族）中，申请了中国专利的有 37521件，约占 73.5%，专利数量位居全球首位。集中于复合材料领域，其次为储能、水/气体处理、传感器等领域。

我国受理的石墨烯专利公开数量年度变化趋势（来源：2018石墨烯技术专利分析报告）

对比：美国对石墨烯的研究早于中国，但近几年的专利数量远比不上中国。而且，近几年，中国的石墨烯技术专利数量快速增长，美国在2015年以后反而有下降的趋势，说明中国在石墨烯科研领域的热度远超美国，研究成果也远多于美国。但由于美国具有严格的专利审核制度，专利的整体水平较高；而中国真正具有原创性和较大技术影响力的专利很少，有些重量轻质且缺乏系统性。

7

应用：单层、高端VS复合、低端

美国：更多集中于单层石墨烯器件、电子信息和医疗健康等方面。

中国：侧重于石墨烯复合功能材料领域的研发，比如储能材料、涂料、改性纤维和热管理材料等，其应用领域以储能、保暖理疗、重防腐等为主。

对比：相比之下，我国的应用领域及方向偏低端化。

8

模式：集中VS分散

美国：已经形成一套较为完善的产业组织体系，研究机构、孵化器、大学技术转让办公室、非盈利机构和企业等各个主体分工明确且协同有序。同时，政府坚持集中、持续性的直接投入，尤其对基础性、战略性、前沿性的研究，支持周期一般都在5年以上。

中国：针对石墨烯的“企业+研发机构+孵化器/创新中心”的发展模式尚处于摸索起步阶段，研究投入也较为分散。

对比：相比较而言，美国的模式的可持续性更强。

二、对我国石墨烯产业发展的启示

跟美国相比，我国有着丰富的石墨资源，国家高度重视石墨烯产业的发展，在产业化方面走在国际前列，这些都领先于美国。据不完全统计，全国各地有20多家在建或已建成的石墨烯研究院或产业基地，包括常州、无锡、北京、青岛等先发城市，地方政府的相关财政资金也有望在未来几年达到千亿规模，已经初步形成以企业为主体、产学研结合的技术创新体系。

我国石墨烯产业基地空间分布格局

但是，在媒体、资本的热炒下，石墨烯也呈现出产业化虚假繁荣的泡沫和低端化趋势，市场化应用频频遇冷，遭到了人们的质疑。尤其是在基础研究领域，我国跟美国还有差距。只有通过重新审视我国石墨烯产业发展方向和阶段、以创新为驱动力迈向产业链中高端等一系列措施，才能在一拥而上的热烈氛围中保持清醒，真正做大做强石墨烯产业。

1.方向：重新审视和评估我国石墨烯发展方向和阶段

一是把握国际研究的主流方向，在深入研究美国、欧盟、日本、韩国等国家的石墨烯发展策略、重点方向、研发布局等，对我国石墨烯的研发方向进行重新审视，避免方向的错误和偏差；二是将石墨烯重点研究方向与制造业强国战略相统一，围绕新一代信息技术、航空航天装备、节能与新能源汽车、生物医药等重点领域发展需求，聚焦重点，从国家层面进行前沿性和战略性方向、专利和产品的布局。

2.政策：遵循我国的阶段性特征，加强顶层设计和政策指导

制定相应的发展战略、规划和路线图，对各阶段的发展目标、产业布局、重点企业培育、关键技术突破、下游应用行业、政策等进行统一部署，合理规划产能和发展路径，推进石墨烯差异化、特色化、集群化发展，避免低端同质化重复建设。

3.技术：推动制约产业发展的关键技术的突破

整合各类创新资源，建立国家级石墨烯创新中心，制定技术创新目录和技术突破路线图，对材料制备技术、清洁生产技术、下游高端应用等关键技术加强攻关。设立石墨烯产业基金，采用政策性财政支出和社会资本共同参与的模式，加快关键技术成果的转化，寻找杀手锏级的高端应用领域、方向和产品。

4.标准：加快石墨烯标准体系建设

一是积极参与国际标准制定，熟悉。

二是尽快研究制定一批国家标准和行业标准，建立标准规范体系。包括相关产品定义、检测和使用标准、行业规范条件，从产业布局、生产工艺与装备、清洁生产、质量管理等方面加以规范。

5.人才：培育领军型企业和人才

充分发挥产业政策和财政资金的引导作用，鼓励社会资本参与，以培育具有国际竞争力的企业为目标，选择少数真正有创新实力的企业进行重点培育，促进人才、资源、资本向优势企业集中；加强企业高端人才队伍建设，结合国家“千人计划”和国际合作项目等，帮助优势企业引进能够带来核心技术的高端人才或技术团队，建立健全高端人才保障机制。

本文来源：《2018石墨烯技术专利分析报告》、新经济导刊等