产业专题篇（十八）——石墨烯产业

新材料之王——石墨烯

石墨烯，一个熟悉又陌生的名词，它被人们称为“黑金”、“新材料之王”，被誉为改变21世纪的神奇材料。那么“新材料之王”石墨烯究竟是什么？

石墨烯是从石墨材料中剥离出来由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，是目前世界上最轻、最薄、硬度最高、韧性最强且导电导热性能都很好的新型纳米材料之一。石墨烯2004年首次被科学家分离出来，在2010年10月研究石墨烯的科学家荣获诺贝尔物理学奖，石墨烯因此而享誉全球。

对于石墨烯材料本身来说，在力学特性方面，石墨烯中碳原子之间的连接处于非常柔韧的状态，当被施加外部机械力时，碳原子面会弯曲变形，碳原子不必重新排列来适应外力，保持了结构稳定，因此它的的强度比世界上强度最高的钢铁高100多倍。此外，石墨烯的电学特性也很突出，它具有超高的电子迁移率， 且前晶体管的主要材料——单晶硅的电子迁移率只有1400 ㎡/(V.s)，高纯度石墨烯的电子迁移率超过单晶硅150倍以上。目前石墨烯不仅在航空航天、太阳能、纳米科技、电子信息、复合型材料等领域有广泛应用，甚至在我们服饰、日用品等领域也具有商业应用潜能。有科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”，极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

中科纳米产业集团石墨烯产业

中科纳米产业集团在早期就开始研究石墨烯制备技术与石墨烯材料应用，其在石墨烯量产制备、技术落地应用拥有着丰富的从业经验。我们与知名高校联合研发的液态超临界剥离石墨烯的超低成本制备工艺与装备，解决了化学法石墨烯存在着高污染、高耗能、高成本等诸多问题，使石墨烯材料在世界上真正实现了高品质低成本的规模化量产，为石墨烯技术广泛应用于产业奠定了基础，项目整体技术达到国际先进水平。同时，我们与知名高校联合创办了石墨烯应用技术联合实验室，为保证我司在行业内的领先地位打下坚实的基础。

▲我司石墨烯产品优势▲

我司依托首创的石墨烯制备技术，不仅取得了多项发明专利，还开发出多种石墨烯产品。例如我司开发出并已实现量产的石墨烯重防腐涂料，经权威机构检测，单涂层50um耐盐雾测试达3600小时，复合涂层的耐盐雾时长超过10000小时，远超国外顶级工业涂料水平，主要的目标客户为造船行业、工程机械行、铁路行业、石化行业等，填补国内企业不能做的高端防腐涂料市场的空白。

此外，我司还开发出具有世界领先水平的石墨烯复合碳吸附材料及配套专有设备和高效污水处理工艺，将轻松解决工业污水处理时间长、费用高的行业痛点。已联合多家环保企业展开空气及污水处理石墨烯复合碳吸附材料事宜。同时，我们还拥有首创的石墨烯发动机修复剂产品，它打破汽车发动机机油养护高端技术长期被国际品牌垄断的局面，我们的发动机润滑技术成为国内走在前列的高端技术。

▲我司石墨烯产品种类▲

石墨烯的应用领域

石墨烯的物化特性相比同类材料都十分优异，所以它拥有广阔的应用领域：

1、传感器：石墨烯可以做成化学传感器，这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的，根据部分学者的研究可知，石墨烯化学探测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。石墨烯是电化学生物传感器的理想材料，石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。

2、晶体管：石墨烯可以用来制作晶体管，由于石墨烯结构的高度稳定性，这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。相比之下，目前以硅为材料的晶体管在10纳米左右的尺度上就会失去稳定性；石墨烯中电子对外场的反应速度超快这一特点，又使得由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率。例如有公司在2010年2月就已宣布将石墨烯晶体管的工作频率提高到了100GHz，超过同等尺度的硅晶体管。

3、柔性显示屏：消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目，成为未来移动设备显示屏的发展趋势。韩国研究人员已研制出了由多层石墨烯和玻璃纤维聚酯片基底组成的柔性透明显示屏。研究人员表示，从理论上来讲，人们可以卷起智能手机，然后像铅笔一样将其别在耳后。

4、新能源电池：新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。国外高校已成功研制出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板，可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本，这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外，石墨烯超级电池的成功研发，也解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题，极大加速了新能源电池产业的发展。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道路。

5、海水淡化：石墨烯过滤器比其他海水淡化技术要使用得多。水环境中的氧化石墨烯薄膜与水亲密接触后，可形成约0.9纳米宽的通道，小于这一尺寸的离子或分子可以快速通过。通过机械手段进一步压缩石墨烯薄膜中的毛细通道尺寸，控制孔径大小，能高效过滤海水中的盐分。

6、储氢材料：石墨烯具有质量轻、高化学稳定性和高比表面积等优点，使之成为储氢材料的最佳选择之一。

7、航空航天：由于它具有高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。2014年，美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器，就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用。

8、感光元件：以石墨烯作为感光元件材质的新型感光元件，可望透过特殊结构，让感光能力比现有CMOS或CCD提高上千倍，而且损耗的能源也仅需原本10%。可应用在监视器与卫星成像领域中，可以应用于照相机、智能手机等。

9、复合材料：基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向，其在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出了优良性能，具有广阔的应用前景。目前石墨烯复合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料上，而随着对石墨烯研究的深入，石墨烯增强体在块体金属基复合材料中的应用也越来越受到人们的重视。石墨烯制成的多功能聚合物复合材料、高强度多孔陶瓷材料，增强了复合材料的许多特殊性能。

石墨烯产业市场

目前，石墨烯正处于大规模产业化前夕，发达国家聚焦石墨烯功能器件研发和应用，未来5至10年全球石墨烯市场将进入高速发展期。亚、欧等地区密集发布政策，扶持石墨烯功能器件研发和产业化应用。欧美企业占据全球石墨烯产业链关键环节，石墨烯制备技术，复合材料、核心电子元件等应用产品保持领先优势，亚洲石墨烯应用市场前景向好。

在相关部门、生产企业、科研院所、相关高校等通力合作下，我国石墨烯产业规模、企业数量均呈现跨越式增长，是目前石墨烯产业化发展最活跃的国家之一，专利数量和产业化全球领先，截至 2021年 8 月中国石墨烯专利申请量占全球石墨烯专利总申请量的 68%，是全球石墨烯第一大技术来源国。目前，我国初步构建起以石墨烯原材料研发、制备、应用为主体的产业链，并在部分领域初步实现产业化应用，产业化进程居全球前列。我国石墨烯材料行业市场规模从 2017年的70亿元增长至 2022年的348亿元，年均复合增长率达38%以上。

▲我国石墨烯市场规模/图片源于网络，仅供参考▲

在全球范围内，有权威机构预测到2027年，全球石墨烯行业的市场规模有望达到3000亿元。期间受到全球石墨烯市场热度和各国政策红利的双重影响，近五年间石墨烯的市场规模有望成倍增长。中国的石墨烯市场将占全球石墨烯市场份额的50%-80%，在全球石墨烯市场上占据主导地位。