石墨烯(Graphene)是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數(shù)百倍。

作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、導電性高、韌度和強度高等突出的物理化學性質(zhì)，被稱為“黑金”，是“新材料之王”，已經(jīng)應用在電子、儲能、復合材料、航空航天等諸多領(lǐng)域?？茖W家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

市場格局

根據(jù)《2017-2022年中國石墨烯市場深度調(diào)研與投資前景研究報告》顯示，2012年至2013年，石墨烯技術(shù)的商業(yè)市場產(chǎn)業(yè)化緩慢，幾乎為零，鮮有代表產(chǎn)品出現(xiàn)。 2013年以來，石墨烯市場迎來了快速發(fā)展期;2015年全球石墨烯市場規(guī)模為0.45億美元，2018年全球石墨烯市場規(guī)模可能達1.95億美元，之后將加速發(fā)展，于2023年超過13億美元。

在我國制造業(yè)由大變強的進程中，發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)，對帶動相關(guān)下游產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步，提升創(chuàng)新能力，加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，搶占制造業(yè)新一輪競爭制高點，激活潛在消費等，都有著重要意義。

全球石墨烯市場可以分為兩大類：即氧化石墨烯(GO)、石墨烯納米片(GNP)和其他。其他類型的石墨烯包括碳化硅石墨烯、還原氧化石墨烯(rGO)等，每一種類型都有不同的特點和用途。其中，氧化石墨烯在全球市場中份額最高，緊接著是石墨烯納米片。

整體的石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈分為上、中、下游。上游主要是制備石墨烯的原料產(chǎn)業(yè)，中游主要是各類石墨烯產(chǎn)品，下游主要包括新能源、大健康、電子信息、節(jié)能環(huán)保、生物醫(yī)藥、化工、航空航天等七大應用領(lǐng)域。

應用領(lǐng)域

1、新能源

碳材料是最早被商業(yè)化的鋰離子電池負極材料，如今已得到廣泛的應用，如石墨化碳材料、炭微球材料等。石墨烯作為碳材料的一員，以其特有的結(jié)構(gòu)、較高的比表面積、特異的電子傳導方式而受到研究者的關(guān)注。將石墨烯應用于鋰離子電池可以解決傳統(tǒng)鋰電池能量密度和功率密度難以兼得的問題，可以作為石墨烯復合正負極材料、鋰電池正負極材料的導電添加劑，全方位提升鋰離子電池的性能。同時，石墨烯二維高比表面積的特殊結(jié)構(gòu)以及其優(yōu)異的電子傳輸能力，能有效改善正極材料的導電性能，提高鋰離子的擴散傳輸能力。

2、大健康

由于石墨烯具有質(zhì)量輕、高導電性、高導熱性、高強度等優(yōu)點，在導熱材料方面有巨大的發(fā)展空間。以石墨烯電加熱不僅加熱速度快，電熱輻射轉(zhuǎn)換效率高，而且石墨烯加熱膜是整個面加熱，溫度均勻分布。最重要的是，會產(chǎn)生遠紅外輻射，具有良好的醫(yī)療、理療作用。石墨烯在大健康領(lǐng)域的應用主要集中在智能穿戴、智能家居及理療護具等產(chǎn)品，石墨烯發(fā)熱技術(shù)帶來了健康環(huán)保、安全智能、無塵靜音等優(yōu)勢。

從目前石墨烯的應用領(lǐng)域來看，大健康領(lǐng)域是石墨烯產(chǎn)業(yè)化最早的領(lǐng)域之一，2017年石墨烯在大健康領(lǐng)域的市場規(guī)模達到5億元，一些企業(yè)已經(jīng)推出了石墨烯護頸、護腰、發(fā)熱服、眼罩等產(chǎn)品，并在市場上銷售。2018年在平昌冬奧會上，72名演員身穿烯旺科技開發(fā)的石墨烯智能發(fā)熱服飾精彩亮相。在保證服飾輕薄與舒適的條件下，該服飾能在-20℃的低溫條件下加熱到50℃，并持續(xù)4小時。

3、電子信息

隨著電子工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的電子電器正在朝著體積小、能量密度高的方向發(fā)展，并且這種發(fā)展趨勢越來越猛烈。隨著電子產(chǎn)品的工作頻率急劇增加，由電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量也會迅速積累和增加，如果不能及時地將熱量傳導出去，也會使電子元件的工作溫度急劇升高。這不僅影響設(shè)備的正常工作效率，而且也會使其使用壽命大大縮短，因此迫切需要開發(fā)高導熱性能的界面導熱材料。單層石墨烯的導熱率可高達5300W/mK，當層數(shù)增加到2 - 4層，熱導率降低到2800W/mK-1300 W/mK，但依舊遠高于銅(Cu)的熱導率(398 W/mK)，是導熱性能最好的材料。因此，石墨烯可作為理想的電子元器件導熱材料。

同時，石墨烯天線將成為(繼銀漿天線之后的)印刷電子技術(shù)工藝在RFID(射頻識別技術(shù))應用上的又一代表性作品，現(xiàn)階段鋁蝕刻天線制程包括了金屬貼合、光阻印刷、金屬蝕刻等制程，其流程繁雜、成本偏高且不環(huán)保。在印刷天線油墨方面，依成分包括了銀漿、鋁漿、銅漿與碳漿，其中以金屬漿料印刷所得天線效果最好。然而目前鋁、銅金屬漿需高溫脫氧燒結(jié)才能展現(xiàn)導電性，使得天線底材漿受限制，而傳統(tǒng)碳漿導電性未達天線應用的電阻要求。且銀漿天線的制程繁瑣、價格昂貴，其導電性能會因彎折而降低，使得目前在市場上利用印刷方式來制作RFID天線方式仍無法大規(guī)模生產(chǎn)并取代目前的鋁蝕刻天線。而采用石墨烯導電漿料制作天線，其制程環(huán)保簡單且無污染，價格便宜且質(zhì)量輕，適合各種無線天線的印制，在市場上無論從性能還是價格方面來說，都具備十足的競爭力。

4、節(jié)能環(huán)保

石墨烯是最堅硬的材料之一，且具有巨大的比表面積和極佳的導電性等眾多優(yōu)異性能，使其在環(huán)保領(lǐng)域具有非常廣闊的應用前景及巨大的潛在市場價值。石墨烯在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域主要應用在海水淡化、污水處理、大氣治理、電能替代、LED散熱等方向。

在國家對煤改電政策的大力推廣下，石墨烯電熱膜產(chǎn)業(yè)也初具規(guī)模，常州二維碳素開發(fā)了一款石墨烯高溫阻燃型電加熱膜，能廣泛應用于家用取暖、中醫(yī)理療、醫(yī)療加熱、溫度管理等領(lǐng)域，該產(chǎn)品將耐高溫性能提升到180℃，電熱轉(zhuǎn)化率99%以上，使用壽命提升至30000小時以上，同時具有發(fā)熱均勻度高、10秒速熱等特點，有效解決了現(xiàn)有電加熱產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率低、性能衰退、局部高溫等行業(yè)瓶頸問題。

5、生物醫(yī)藥

石墨烯原材料價格低廉、容易得到，制備方法簡單，被認為是極具應用價值的新型材料。石墨烯與多糖等物質(zhì)合成的復合材料，與細胞高度相容，可用作細胞生長支架;石墨烯衍生物表面含有大量的含氧基團，比表面積大，能促進干細胞的黏附、增殖和分化等，通過進一步結(jié)構(gòu)化功能修飾，可用于骨組織工程領(lǐng)域;基于石墨烯材料的生物傳感器可用于測定血清樣品中的葡萄糖含量、細菌分析、DNA和蛋白質(zhì)檢測等;經(jīng)過功能化的石墨烯還可作為載體，將藥物運送至靶細胞，提高治療效果和效率;石墨烯較碳納米管具有更大表面積、更小毒性、更低價格，并且其光熱治療作用更優(yōu)，石墨烯或?qū)⒊蔀榘┌Y光熱治療的替代材料。

5、生物醫(yī)藥

石墨烯原材料價格低廉、容易得到，制備方法簡單，被認為是極具應用價值的新型材料。石墨烯與多糖等物質(zhì)合成的復合材料，與細胞高度相容，可用作細胞生長支架;石墨烯衍生物表面含有大量的含氧基團，比表面積大，能促進干細胞的黏附、增殖和分化等，通過進一步結(jié)構(gòu)化功能修飾，可用于骨組織工程領(lǐng)域;基于石墨烯材料的生物傳感器可用于測定血清樣品中的葡萄糖含量、細菌分析、DNA和蛋白質(zhì)檢測等;經(jīng)過功能化的石墨烯還可作為載體，將藥物運送至靶細胞，提高治療效果和效率;石墨烯較碳納米管具有更大表面積、更小毒性、更低價格，并且其光熱治療作用更優(yōu)，石墨烯或?qū)⒊蔀榘┌Y光熱治療的替代材料。

6、航空航天

隨著航天航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對復合材料的性能提出了更高的要求，因此需要研發(fā)更高性能的新型復合材料，由于石墨烯具有高強度、高導熱、抗電磁干擾等性能，可用于航空航天材料中，提升航天航空材料性能，有潛力改變我國航空航天材料主要依賴于進口的局面。目前石墨烯在航空航天領(lǐng)域的應用主要包括大型微波暗室用吸波材料、飛行器與武器平臺隱身、輕質(zhì)復合材料、抗雷達干擾線纜、航空航天熱管理系統(tǒng)、飛機輪胎、雷達電磁屏蔽等領(lǐng)域。

應用產(chǎn)業(yè)化注意問題

根據(jù)2017年中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布的《2017全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研究報告》顯示：預計到2020年，石墨烯全球市場價值將達到1000億元。而從全產(chǎn)業(yè)鏈市場規(guī)模及往年年復合增長率來看，未來石墨烯有望達到萬億元級產(chǎn)能規(guī)模，特別是未來5~10年，隨著石墨烯應用市場的不斷拓展，石墨烯原材料與下游應用產(chǎn)品將持續(xù)展現(xiàn)出巨大的市場前景，在眾多領(lǐng)域產(chǎn)生令人期待的經(jīng)濟價值。

伴隨著應用市場的巨大潛力，石墨烯新材料的應用產(chǎn)業(yè)化進程中，還有很多值得注意的問題。

首先是石墨烯應用的產(chǎn)品創(chuàng)新不足。目前我國石墨烯產(chǎn)品中出現(xiàn)了大量仿制現(xiàn)象，最突出的表現(xiàn)是在石墨烯發(fā)熱產(chǎn)品上，眾多企業(yè)一哄而上推出大量類似的可穿戴式發(fā)熱產(chǎn)品，其中甚至出現(xiàn)一些“魚目混珠”的石墨烯產(chǎn)品。

這主要是由于產(chǎn)學研結(jié)合不緊密，高校與企業(yè)、產(chǎn)業(yè)融合度不高，造成高校的科研成果無法轉(zhuǎn)化，企業(yè)遭遇的技術(shù)瓶頸難以解決。

資本的炒作也是石墨烯產(chǎn)業(yè)化過程中需要警惕的一方面。鋪天蓋地石墨烯概念股橫盤爆發(fā)，市場認知度尚淺。石墨烯企業(yè)在起步階段盡量不要與只炒概念的上市公司發(fā)生關(guān)聯(lián)，謹慎選擇上市公司投資。另一個需要考慮的問題是，企業(yè)選址在什么地方。這其中有很多講究。高水平的創(chuàng)新能力、成熟的產(chǎn)業(yè)鏈、良好的政策、產(chǎn)業(yè)生態(tài)，對初創(chuàng)期的石墨烯企業(yè)發(fā)展十分重要。