石墨烯的工業(yè)化在世界何處受阻

石墨烯的工業(yè)化在世界何處受阻

一半是火焰，一半是海水，用以描述石墨烯工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀是不可夸大的——一方面，制備技術(shù)的研發(fā)是不斷成熟的，顯示出資金熱、學(xué)術(shù)熱；另一方面，大規(guī)模的應(yīng)用往往是冷的，工業(yè)化發(fā)展的人然而，石墨烯工業(yè)的這種發(fā)展態(tài)勢(shì)有望很快打破，石墨烯產(chǎn)業(yè)化正步入曙光之夜。

最近的中加石墨烯工業(yè)與應(yīng)用研討會(huì)顯示，盡管石墨烯工業(yè)化面臨技術(shù)、市場(chǎng)和成本等問(wèn)題，但好的方面是石墨烯有望在十三五期間被選為重大新材料項(xiàng)目，石墨烯的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化在十三五科技發(fā)展規(guī)劃中也將占有一定的地位。

碰巧也有類似的情況，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟最近召開新聞發(fā)布會(huì)，表示由于制備和應(yīng)用技術(shù)的限制，目前石墨烯還不能大規(guī)模工業(yè)化，但前景廣闊。

根據(jù)中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的預(yù)測(cè)，全球石墨烯年產(chǎn)能可達(dá)100噸，未來(lái)5-10年將達(dá)到1000噸，到2020年全球石墨烯市場(chǎng)將突破1000億元，其中中國(guó)占50%-80%，將在全球發(fā)揮主導(dǎo)和核心作用。石墨烯工業(yè)。

石墨烯是最薄、最強(qiáng)、導(dǎo)電性最強(qiáng)的納米材料，被譽(yù)為新材料之王，我國(guó)政府一直高度重視石墨烯工業(yè)的發(fā)展，特別是2015年以來(lái)，石墨烯的政策大幅提高，2月份工業(yè)和信息化部《關(guān)于2015年原料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展重點(diǎn)問(wèn)題的通知》要求制定石墨烯等專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃，建立碳纖維、石墨烯、稀土等新材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新中心，5、10月國(guó)務(wù)院發(fā)布中國(guó)制造2025和中國(guó)制造2025。

11月，工信部、發(fā)改委、科技部發(fā)布了《關(guān)于加快石墨烯工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》。建議到2018年，初步建立石墨烯材料制備、應(yīng)用、開發(fā)、終端應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)良性互動(dòng)的產(chǎn)業(yè)體系，到2020年形成完善的石墨烯產(chǎn)業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)石墨烯的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和低成本化。阿芬材料。成本導(dǎo)向。

今年5月，引起業(yè)界廣泛關(guān)注的《石墨烯材料術(shù)語(yǔ)、定義和代號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)官網(wǎng)上正式發(fā)布，并向社會(huì)公開征求意見，標(biāo)志著我國(guó)石墨烯材料的發(fā)展取得了重要進(jìn)展。我國(guó)第一個(gè)石墨烯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定。

預(yù)計(jì)今年9月，中國(guó)石墨烯資源產(chǎn)業(yè)國(guó)際聯(lián)盟正式成立，石墨烯產(chǎn)業(yè)的技術(shù)和功能平臺(tái)正式運(yùn)行。

可以說(shuō)，在石墨烯的發(fā)現(xiàn)和對(duì)其優(yōu)良材料性能的認(rèn)識(shí)之后，其在工業(yè)上的普及程度可以說(shuō)是無(wú)與倫比的，但與上游的研發(fā)和資本追逐相比，下游的大規(guī)模應(yīng)用往往是冷的。

目前，石墨烯行業(yè)的冷熱不均，一是學(xué)術(shù)界、資本界、媒體界和工業(yè)界的冷熱，二是政府投資熱和落地扶持政策冷，三是中國(guó)的大眾熱和發(fā)達(dá)國(guó)家的長(zhǎng)期冷，在中加石墨烯研討會(huì)上。工業(yè)和應(yīng)用，工業(yè)和信息化部賽迪研究所原材料工業(yè)研究所所長(zhǎng)宋說(shuō)。

據(jù)肖勁松介紹，截至目前，我國(guó)已申請(qǐng)石墨烯領(lǐng)域的專利2200多項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)80多所頂尖大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)參與了石墨烯的研究。

根據(jù)他的分析，石墨烯工業(yè)化存在三個(gè)主要問(wèn)題：技術(shù)、市場(chǎng)和成本。如關(guān)鍵技術(shù)尚未取得實(shí)質(zhì)性突破，下游應(yīng)用領(lǐng)域研發(fā)落后，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)缺乏指導(dǎo)，前期研發(fā)投入大，周期長(zhǎng)。

肖勁松建議，在十三五期間，國(guó)家應(yīng)制定石墨烯發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃和資金，將石墨烯確定為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源；開辟申請(qǐng)環(huán)節(jié)，形成上下游一體化產(chǎn)業(yè)鏈；加快制定正確的技術(shù)路線、材料。國(guó)標(biāo)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)；擴(kuò)大和加強(qiáng)礦業(yè)、選礦、冶金等高新技術(shù)龍頭企業(yè)；集團(tuán)建立石墨烯產(chǎn)業(yè)基地；鼓勵(lì)和引導(dǎo)社會(huì)資本進(jìn)入石墨烯產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

鑒于現(xiàn)實(shí)中冷熱形勢(shì)的不平衡，石墨烯產(chǎn)業(yè)化的積極性已逐漸冷卻，甚至許多外人和投資者都認(rèn)為石墨烯產(chǎn)業(yè)化還為時(shí)過(guò)早。

對(duì)此，肖勁松表示：石墨烯產(chǎn)業(yè)正處于概念引進(jìn)期，工業(yè)化的前期突破。在他看來(lái)，根據(jù)硅材料產(chǎn)業(yè)20年的成熟周期，可以推斷石墨烯產(chǎn)業(yè)化至少需要5-10年的成熟期，以及如何打破這一局面。接下來(lái)是冰。

近年來(lái)，我們對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了調(diào)研，研究開發(fā)發(fā)現(xiàn)，我國(guó)部分石墨烯企業(yè)的制備工藝尚不成熟，成本高，環(huán)保嚴(yán)格，不穩(wěn)定等因素，導(dǎo)致商業(yè)應(yīng)用推廣過(guò)程緩慢。中國(guó)非金屬礦山協(xié)會(huì)石墨專業(yè)委員會(huì)秘書長(zhǎng)在中加石墨工業(yè)與應(yīng)用研討會(huì)上表示。

目前，石墨烯的發(fā)展已進(jìn)入工業(yè)化的曙光，與外界有著巨大的預(yù)期差距，劉榮華表示，石墨烯產(chǎn)業(yè)政策預(yù)期市場(chǎng)十分強(qiáng)勁，預(yù)計(jì)將選擇135個(gè)重大新材料項(xiàng)目。

眾所周知，目前石墨烯主要有兩種形式：石墨烯粉末和石墨烯薄膜。石墨烯粉末由天然石墨制備，用于新材料和新能源領(lǐng)域。石墨烯薄膜由甲烷制備，應(yīng)用于電子、環(huán)境和醫(yī)藥領(lǐng)域。

經(jīng)過(guò)調(diào)查，劉榮華預(yù)測(cè)，石墨烯行業(yè)將在今年下半年進(jìn)入粉末薄膜階段。應(yīng)用行業(yè)包括防腐涂料、導(dǎo)熱塑料、石墨烯EPS、消費(fèi)電子散熱器、超級(jí)電容器、鋰電池等，2015年部分石墨烯企業(yè)收入超過(guò)1000萬(wàn)元，預(yù)計(jì)今年收入將超過(guò)1億元，在復(fù)合材料領(lǐng)域。鋰離子電池負(fù)極材料和電子觸摸屏，石墨烯是最有希望在工業(yè)化方面走在前列的。

根據(jù)劉榮華對(duì)中國(guó)石墨烯企業(yè)的調(diào)查和了解，石墨烯在復(fù)合材料中的幾種應(yīng)用包括防腐涂料、改性塑料和石墨烯EPS。

在防腐涂料領(lǐng)域，根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，2015年我國(guó)常規(guī)和重型防腐涂料產(chǎn)量將分別達(dá)到300萬(wàn)噸和150萬(wàn)噸，到2017年，防腐涂料總產(chǎn)量將達(dá)到450萬(wàn)噸，即600萬(wàn)噸，按消耗量計(jì)算。石墨烯千分之一，每噸100萬(wàn)元，到2017年，石墨烯潛在市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到60億元。

石墨烯改性塑料應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)空間大，以聚氯乙烯為例，我國(guó)聚氯乙烯塑料年產(chǎn)量約1800萬(wàn)噸。根據(jù)在1%PVC材料中添加5%石墨烯的計(jì)算，單就PVC塑料而言，對(duì)石墨烯的需求量就接近1萬(wàn)噸，除塑料材料外，橡膠等其他高分子材料對(duì)石墨烯的需求量也很大。

與普通聚苯板相比，石墨烯EPS具有導(dǎo)熱系數(shù)低、密度低的兩大優(yōu)點(diǎn)，其導(dǎo)熱系數(shù)比普通聚苯板低20%，這意味著保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度可降低20%。石墨烯EPS的密度也明顯低于普通聚苯板。在相同的保溫效果下，可以大大減少原材料的使用，更符合節(jié)能環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。

石墨烯廣泛應(yīng)用于鋰離子電池。目前，石墨烯作為陰極材料中的導(dǎo)電劑已經(jīng)商業(yè)化，以提高電極材料的導(dǎo)電性，提高比和循環(huán)壽命。劉榮華表示，石墨烯在鋰離子電池市場(chǎng)的潛在容量為10億元。

劉榮華預(yù)測(cè)，隨著汽車生產(chǎn)的快速增長(zhǎng)，市場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電添加劑的需求也將迅速增加，預(yù)計(jì)到2018年，石墨烯導(dǎo)電劑的用量將達(dá)到500噸，在鋰電池導(dǎo)電材料中的比例將逐步增加，根據(jù)目前的市場(chǎng)需求量在聚丙烯導(dǎo)電漿中，2018年對(duì)石墨烯導(dǎo)電漿的需求量超過(guò)10000噸。

石墨烯也是一種理想的鋰離子陽(yáng)極材料，劉榮華分析了硅作為鋰離子陽(yáng)極材料的理論比容量高達(dá)4200mA/g，但在充放電過(guò)程中體積變化較大，導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性差。石墨烯涂層硅材料（石墨烯改性硅基材料）可以在一定程度上緩沖其體積變化。

石墨烯在鋰電池中的潛在市場(chǎng)規(guī)模為16億元/年，以單位電池材料1%石墨烯（實(shí)際消耗可能更高）和50萬(wàn)元/噸的價(jià)格計(jì)算。

同時(shí)，石墨烯薄膜在柔性顯示器領(lǐng)域也開始發(fā)展起來(lái)，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)已經(jīng)從柔性屏幕發(fā)展到多觸式柔性屏幕，石墨薄膜技術(shù)制成的柔性觸摸屏使不規(guī)則或弧形的移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的多觸式功能，樂(lè)觀據(jù)估計(jì)，2015年石墨烯薄膜的潛在市場(chǎng)空間為21.6億元。

石墨烯產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵是充分發(fā)揮石墨烯的材料特性，尋求高性價(jià)比的應(yīng)用，在石墨烯產(chǎn)業(yè)化方面，石墨烯產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展主要取決于下游應(yīng)用技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展，而石墨烯產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵在于其下游應(yīng)用技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展。石墨烯的應(yīng)用在于如何將石墨烯與現(xiàn)有的材料體系結(jié)合起來(lái)，最大限度地發(fā)揮石墨烯的優(yōu)異性能，達(dá)到更高的性價(jià)比。劉榮華說(shuō)，根據(jù)石墨烯的不同特點(diǎn)、技術(shù)難點(diǎn)和應(yīng)用成本效益，他總結(jié)了以下發(fā)展趨勢(shì)：NT路徑：最新的，復(fù)合+觸摸產(chǎn)品；中期，能源+傳感器；長(zhǎng)期，半導(dǎo)體設(shè)備應(yīng)用。

顯然，石墨烯工業(yè)化的帷幕即將拉開，可以預(yù)見，未來(lái)幾年的主要主題將是通過(guò)創(chuàng)新新型石墨烯材料的應(yīng)用來(lái)促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。

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