我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、存在的問題及對策

我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、存在的問題及對策

石墨烯是由碳原子緊密堆積而成的二維晶體，是目前已知的最薄也最堅硬的納米材料，具有超薄、超輕、超柔韌、超高強度、超強導電性、優(yōu)異的導熱和透光性等特性，集透光性好、導熱系數(shù)高、電子遷移率高、電阻率低、機械強度高等多種優(yōu)異性能于一身，在電子學、光學、磁學、生物醫(yī)學、催化、儲能和傳感器等諸多領域有著廣闊而巨大的應用潛能,是主導未來高科技競爭的超級材料，被稱為“黑金”、“新材料之王”。自2010年兩位發(fā)現(xiàn)者獲得諾獎之后，全球就掀起了石墨烯制備、改性和應用的研究熱潮，并被產(chǎn)業(yè)界、各國政府、國際知名大企業(yè)和公眾寄予無限的希望。

一、全球石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

各國紛紛布局石墨烯，搶占產(chǎn)業(yè)制高點。

石墨烯作為一種新型的二維納米材料，因其優(yōu)異的性能在電子信息、新材料、新能源、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護等諸多領域具有巨大的應用潛能和革命性變革，世界各國和跨國企業(yè)紛紛投入巨資加強石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)和應用，以期占搶占產(chǎn)業(yè)制高點。

目前，全球已有80多個國家投入石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)。美國、歐盟、日本、韓國等相繼發(fā)布或資助了一系列相關研究計劃和項目。特別是歐盟制定了石墨烯旗艦計劃，計劃投入10億歐元。全球石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)綜合實力最強的前三甲是美國、日本、中國。不僅如此，IBM、英特爾、陶氏化學、三星等國際知名跨國企業(yè)紛紛將石墨烯及其應用技術作為長期戰(zhàn)略發(fā)展方向，而且還涌現(xiàn)出了大批專門從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)和應用的機構和企業(yè)。

正處于概念導入期、產(chǎn)業(yè)化突破前期。

實驗室成果和專利產(chǎn)品要成為商品，一般需要經(jīng)過5個階段：實驗室研發(fā)——實驗工廠(小試)——示范生產(chǎn)線(中試)——示范工廠——規(guī)模化生產(chǎn)，每個階段都不可或缺，并且都潛在著風險，不可能一蹴而就，這個過程需要10年、20年、甚至更長時間。比如，硅材料歷經(jīng)了20多年、碳纖維堅持了半個多世紀。

從Gartner的技術成熟度曲線來看，石墨烯產(chǎn)業(yè)總體上正處于概念導入期、產(chǎn)業(yè)化突破前期，正從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化。目前以石墨烯粉末(體)為原料的低端產(chǎn)品，如功能涂料、復合材料、電極材料和結構增強型材料等，雖然部分已初步產(chǎn)業(yè)化，但規(guī)模小、技術含量不高、附加值較低。

而以石墨烯薄膜為原料的高端產(chǎn)品，如微電子材料和顯示屏薄膜材料等，或處于實驗室階段，或處于中試階段，短時間內(nèi)均難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。歐美等發(fā)達國家認為，目前石墨烯技術成熟度還在1-4級，尚不適宜大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

二、我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及存在的問題

全球石墨烯研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化最為活躍的國家之一。

我國高度重視石墨烯的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。上至國家領導人，下至地方政府、媒體、企業(yè)和普通老百姓都十分關注石墨烯及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進展。國家自然基金委、科技部、國家發(fā)改委、工信部等相關部委都高度重視石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)與應用，不斷加大投入和支持力度。目前已經(jīng)有幾百家科研機構和公司從事石墨烯材料及其相關產(chǎn)品的研發(fā)。

我國石墨烯技術創(chuàng)新成果頻出，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展勢頭迅猛，走在世界前列。據(jù)統(tǒng)計，截止2016年底，我國石墨烯專利申請量占全球68.2%，85%以上的理工科學校都有石墨烯相關的研究團隊，有的高校甚至一個學校就多達10多個研究團隊。2017年，兩項石墨烯研究成果獲得國家科技進步獎。不僅如此，我國從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)的企業(yè)數(shù)也是全球最多。

截至2017年2月底，全國在工商登記注冊的石墨烯企業(yè)2509家，僅2016年一年就新增457家。我國石墨烯應用產(chǎn)品上百種，但是得到市場認可的寥寥無幾。資本市場也紛紛拿石墨烯進行炒作，一些投資機構和上市企業(yè)紛紛進軍石墨烯領域。目前涉及石墨烯概念股將近40-50家。各地政府紛紛通過制定產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、建立產(chǎn)業(yè)園區(qū)、設立重點科技專項和產(chǎn)業(yè)引導基金、建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和技術創(chuàng)新聯(lián)盟、組建研究院和出臺扶持政策等措施，支持石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

據(jù)粗略統(tǒng)計，截至目前，全國石墨烯產(chǎn)業(yè)園區(qū)、研究院等多達37家;幾乎每個月都有1-2場石墨烯相關的會議、論壇等。近年來，石墨烯也受到各種媒體的熱捧，關于石墨烯的各種報道鋪天蓋地，頻繁進入人們的眼球，充斥著“一片藍?！?、“帶來萬億級市場”、“顛覆性革命”、“充電十分鐘，可跑1000公里”、全面代替硅材料等言過其實、過分夸大石墨烯性能的標題。

產(chǎn)業(yè)低端化發(fā)展苗頭初顯。

與美、日、韓等發(fā)達國家相比，我國石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本處于產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈的低端，雖然資本界、學術界、媒體界等“熱情高漲”，但無法掩蓋上游材料生產(chǎn)企業(yè)盲目擴大產(chǎn)能，下游應用集中在附加值低的產(chǎn)品、低端產(chǎn)能擴張過快、產(chǎn)品同質化嚴重等問題，已經(jīng)初步顯示出“低端化“發(fā)展的苗頭。

主要表現(xiàn)在：專利“重量輕質”。雖然我國石墨烯專利申請量超過全球申請總量半數(shù)以上，穩(wěn)居全球首位，但存在實用新型專利多、原創(chuàng)基礎專利少，國內(nèi)專利多、國際專利少，高校專利多、企業(yè)專利少的現(xiàn)象。下游“優(yōu)材低用”。目前下游應用多集中在粉體(類石墨烯)領域，產(chǎn)品主要是石墨烯智能保暖理療暖貼、石墨烯發(fā)熱服裝、石墨烯織物等輕應用，同質化現(xiàn)象十分嚴重，即將石墨烯作為改性添加劑應用于涂料、復合材料、動力電池等規(guī)模大但對石墨烯的品質要求并不高的領域，產(chǎn)品附加值不高，在晶體管、傳感器、柔性觸摸屏、可穿戴設備、環(huán)境治理等高端應用領域偏少。環(huán)?！半[患猶存”。目前的制備技術普遍存在能耗、水耗大和工藝不環(huán)保等問題，對生態(tài)環(huán)境保護存在較大隱患。

面臨技術、市場、成本三大產(chǎn)業(yè)化制約瓶頸。

目前，石墨烯雖然已經(jīng)走出了實驗室，但是大規(guī)模商業(yè)化應用仍然面臨著很多制約因素。

首先是技術問題。包括制備、分散、應用和環(huán)保等關鍵技術和裝備都尚未突破。雖然目前石墨烯制備技術已經(jīng)有20多種，但規(guī)模化、低成本、高品質和大尺寸的宏量制備技術尚未取得實質性突破，難以滿足工業(yè)化量產(chǎn)的需求。材料的分散技術，以及與下游工藝、工程化應用相結合的技術等都還制約著產(chǎn)業(yè)化進程。

其次是市場問題。雖然目前各種應用產(chǎn)品層出不窮，百花齊放，但是缺乏真正的高品質、高附加值和體現(xiàn)石墨烯獨特性能的殺手锏級產(chǎn)品，絕大多數(shù)只不過是對傳統(tǒng)材料進行改性或者努力替代已經(jīng)成熟的材料，經(jīng)過改性后的材料性能提升并不明顯，或者石墨烯并不是非添加不可，個別甚至在添加之后出現(xiàn)不良后果，難以得到市場認可。一些研究機構或企業(yè)號稱取得了突破進展，也只不過是做出了樣品或實驗室產(chǎn)品，根本沒有形成商品。目前大多數(shù)石墨烯生產(chǎn)企業(yè)還主要是給科研機構或下游應用企業(yè)提供石墨烯試用品。如果下游應用市場沒有激活，石墨烯就很難產(chǎn)業(yè)化。

三是成本問題。目前大多數(shù)企業(yè)尚處于小批量生產(chǎn)的探索階段，還不能形成穩(wěn)定的規(guī)模化生產(chǎn)能力，沒有資金的回籠;且企業(yè)前期的研發(fā)投入資金量大、周期長，應用市場沒有打開，所以不論是材料本身，還是應用產(chǎn)品的成本都很高，這都阻礙了石墨烯進一步走向市場。

此外，石墨烯產(chǎn)業(yè)化之路還存在其他一些障礙。比如，石墨烯在某些性能方面本身也存在競爭性材料，如碳纖維、碳納米管、硅材料、石墨烯粉體等。石墨烯制備還存在著環(huán)境風險。氧化石墨烯制備過程中需要大量的酸、堿，材料本身具有較強的穩(wěn)定性和極易擴散，對環(huán)境具有較大的風險。石墨烯的標準缺乏，加之一些誤導，使得人們對石墨烯還存在認知上的誤區(qū)，如片面夸大石墨烯的微觀性能、將“類石墨烯”石墨烯化(如將石墨烯、氧化石墨烯、石墨粉體等混為一談)、石墨烯必須依托石墨資源等。

三、推進我國石墨烯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的對策建議

國內(nèi)外學者和產(chǎn)業(yè)界都認為石墨烯是一種新型的二維碳材料，看好其廣闊的應用前景。我國有著豐富的石墨資源，國家高度重視石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面走在前列。但是，在媒體、資本的熱炒下，石墨烯也呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化虛假繁榮的泡沫和低端化趨勢，市場化應用頻頻遇冷，遭到了人們的質疑。如果人們被鼓噪起來的熱情和厚望遲遲得不到兌現(xiàn)或者幻滅，最終將導致石墨烯產(chǎn)業(yè)陷入納米、超導等材料的命運，狂熱之后是徹底地逃離、失望和不信任，這對石墨烯的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化將是致命的打擊。

石墨烯作為一種新材料，從發(fā)現(xiàn)到大規(guī)模應用，是一個循序漸進的過程，不可能一蹴而就，需要遵循“料-材-器-用”的規(guī)律和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，更需要扎扎實實的不懈努力和鍥而不舍的創(chuàng)新精神、工匠精神。

(一)加強頂層設計和政策引導

一是要重新審視和評估我國石墨烯發(fā)展方向和階段。在深入研究美國、歐盟、日本、韓國等國家的石墨烯發(fā)展策略、重點方向、研發(fā)布局等，把握國際研究的主流方向，對我國石墨烯的研發(fā)方向進行重新審視，避免方向的錯誤和偏差.

二是將石墨烯重點研究方向與制造業(yè)強國戰(zhàn)略相統(tǒng)一.圍繞新一代信息技術、航空航天裝備、節(jié)能與新能源汽車、生物醫(yī)藥等重點領域發(fā)展需求，聚焦重點，從國家層面進行前沿性和戰(zhàn)略性方向、專利和產(chǎn)品的布局，而對于那些技術含量不高的產(chǎn)品、技術交給市場。

三是遵循相應的科學規(guī)律和階段性特征，加強頂層設計和政策指導。制定相應的發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃和路線圖，對各階段的發(fā)展目標、產(chǎn)業(yè)布局、重點企業(yè)培育、關鍵技術突破、下游應用行業(yè)、政策等進行統(tǒng)一部署，合理規(guī)劃產(chǎn)能和發(fā)展路徑，推進石墨烯差異化、特色化、集群化發(fā)展，避免低端同質化重復建設。

四是加強專利的前瞻布局和質量提升。加強石墨烯專利申請前的評估、細化專利鼓勵政策、建立完善公眾專利審查制度、加強專利授權事后審查等，提升專利質量和水平;引導實力較強的研究院所聯(lián)合企業(yè)加強專利的前瞻性、系統(tǒng)性布局，尤其在半導體器件、醫(yī)療健康、環(huán)境領域(如海水淡化、污水處理等)、基因測序等高技術含量領域進行專利布局。

五是盡快研究制定石墨烯技術成熟度路線圖.對技術進行成熟度評價和重點企業(yè)技術成熟度、經(jīng)營狀況、產(chǎn)品銷售等進行評估，科學評判其產(chǎn)業(yè)化階段性和發(fā)展前景，避免盲目樂觀，過度炒作。堅決制止一蹴而就、急功近利和投機心理，樹立嚴謹務實、堅持不懈的工匠精神，引導媒體正確地宣傳。

(二)推動制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵技術的突破

整合各類創(chuàng)新資源，建立國家級石墨烯創(chuàng)新中心，制定技術創(chuàng)新目錄和技術突破路線圖，對材料制備技術、清潔生產(chǎn)技術、下游高端應用等關鍵技術加強攻關。設立石墨烯產(chǎn)業(yè)基金，采用政策性財政支出和社會資本共同參與的模式，加快關鍵技術成果的轉化，尋找殺手锏級的高端應用領域、方向和產(chǎn)品。

(三)加快石墨烯標準體系建設

一是加強國際交流合作。積極參與國際標準制定，制定與國際接軌的石墨烯材料標準體系。

二是盡快研究制定一批國家標準和行業(yè)標準，建立標準規(guī)范體系。包括相關產(chǎn)品定義、檢測和使用標準、行業(yè)規(guī)范條件，從產(chǎn)業(yè)布局、生產(chǎn)工藝與裝備、清潔生產(chǎn)、質量管理等方面加以規(guī)范。

三是加強對石墨烯領域標準制定工作的財政扶持，鼓勵有條件的企業(yè)和研究機構參與制定工作，尤其是目前技術成熟度高、產(chǎn)業(yè)化應用較為成熟的復合材料、防腐涂料、鋰離子電池等下游應用領域，其標準的的制定更要提高相關應用企業(yè)的參與度。

(四)搭建政產(chǎn)學研產(chǎn)業(yè)發(fā)展平臺

出臺扶植石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關政策，加強政策引導，營造良好的發(fā)展環(huán)境;加強技術研發(fā)和人才培養(yǎng);鼓勵企業(yè)創(chuàng)新，加強企業(yè)與高校、科研機構的緊密合作，成立企業(yè)技術中心，搭建產(chǎn)學研合作平臺，形成以企業(yè)為主體、產(chǎn)學研結合的技術創(chuàng)新體系，聚焦重點產(chǎn)品，完善重點產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，刺激重點產(chǎn)品的市場需求，加快重點產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進程;鼓勵地方創(chuàng)立石墨烯專業(yè)園區(qū)，建設完善公共服務平臺，發(fā)揮專業(yè)園區(qū)在產(chǎn)學研合作中的載體作用，形成產(chǎn)業(yè)孵化培育體系，推動科研成果的產(chǎn)業(yè)化轉化。

(五)培育領軍型企業(yè)和人才

充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)政策和財政資金的引導作用，鼓勵社會資本參與，以培育具有國際競爭力的企業(yè)為目標，選擇少數(shù)真正有創(chuàng)新實力的企業(yè)進行重點培育，促進人才、資源、資本向優(yōu)勢企業(yè)集中;加強企業(yè)高端人才隊伍建設，結合國家“千人計劃”和國際合作項目等，幫助優(yōu)勢企業(yè)引進能夠帶來核心技術的高端人才或技術團隊，建立健全高端人才保障機制。

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