2018年石墨烯工业最新研究报告

2018年石墨烯工业最新研究报告

石墨烯是一种二维碳纳米材料，由碳原子在SP2杂化轨道上与六角形蜂窝点阵结合而成。它是目前已知的最薄最硬的纳米材料。它具有超薄、超轻、超柔韧、超高强度、超强导电性、优异的导热性和透光性。它集光性好、导热性高、电子迁移率高、电阻率低等优点于一身，机械强度高、性能优异，在电子、光学、磁学、生物医学、催化、储能、传感器等领域具有广泛而巨大的应用潜力。它是引领未来高科技竞争的超级材料，被誉为黑金和新材料之王。

粉末生产的常用方法有机械剥离法、氧化还原法、SiC外延法和化学气相沉积法（CVD），2018年3月31日，我国第一条石墨烯基有机太阳能光伏器件全自动生产线在山东菏泽投产。该项目主要生产基于石墨烯的有机太阳能电池（石墨烯OPV），可以在低光下发电。石墨烯作为一种新型的二维纳米材料，在电子信息、新材料、新能源、生物医学、环境保护、环境保护等领域有着巨大的潜力和革命性的变化。等等。许多国家和跨国企业都在石墨烯的研究、开发、生产和应用上投入了巨资，以抢占工业制高点。

上游石墨资源：石墨是一种各向异性的碳元素，柔软、黑灰色、油腻，可污染纸张，莫氏硬度为1-2，一般分为致密结晶石墨、片状石墨、隐晶质石墨。

我国石墨资源丰富，有支持新兴产业发展的资源基础，但高水平、高质量的资源较少。结晶石墨资源储量仅占3.8%，平均固体碳为7.4%。大型结晶石墨的比例仅为15.9%。我国石墨初级产品出口价格低，高端产品进口价格高，进出口价格差异很大，导致石墨资源低价流失。

中游石墨烯粉：目前国内采用汽提法生产的石墨烯年产量至少1000吨，成本相对较低，但质量较差，不存在所谓的优质低价。

中游石墨烯薄膜：通常采用化学气相沉积法制备。经高温层层生长。现在我国的年产量可以达到数百万吨。石墨烯薄膜质量一般较高，价格昂贵，目前主要应用于消费电子领域，覆盖柔性显示屏、压力控制、导热膜、超级电容器等子领域。

中游石墨烯纤维：纳米氧化石墨烯片可用于大石墨烯纤维的纺织生长，可达小米，制备的纤维不仅强度高，而且韧性好。它们可用于制备室内加热纤维和制作功能性服装。它们也是实现石墨烯软电池应用的关键材料。

随着批量生产的逐步突破和大规模问题的出现，石墨烯的工业应用正在加速。根据现有的研究成果，第一个实现商业应用的领域可能是移动设备、航空航天、新能源电池。

石墨烯可用作化学传感器。这一过程主要是通过石墨烯的表面吸附来完成的。根据一些学者的研究，石墨烯化学检测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比较，石墨烯独特的二维结构使其对周围环境非常敏感，是一种理想的电化学生物传感器材料。石墨烯生物传感器对检测药物中的多巴胺和葡萄糖具有良好的灵敏度。

由于石墨烯结构的高稳定性，石墨烯可用于制造晶体管，这种晶体管仍能在接近单原子的尺度下稳定工作。相反，硅晶体管在大约10纳米的尺度下会失去稳定性，而石墨烯晶体管可以在非常高的频率下工作，因为快速的响应速度。例如，IBM在2010年2月宣布将石墨烯晶体管的工作频率提高到100GHz，超过同样尺寸的硅晶体管。

柔性显示屏在消费电子产品展览会上引起了人们的广泛关注，成为未来移动设备显示屏的发展趋势，柔性显示屏在未来有着广阔的市场，石墨烯作为基础材料有着广阔的前景，韩国研究人员研制出了首款柔性透明显示屏。由多层石墨烯和玻璃纤维聚酯基板制成的复合材料。韩国三星和韩国双京湾大学的研究人员在63厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上制作了一块电视大小的纯石墨烯。他们说这是迄今为止最大的石墨烯块。然后他们用石墨烯块来制作一个灵活的触摸屏。研究人员说，理论上，人们可以卷起智能手机，像铅笔一样把它们钉在耳朵后面。

新能源电池也是石墨烯最早的重要商业领域之一，麻省理工学院成功开发了一种具有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板，大大降低了制造透明可变形太阳能电池的成本。这种电池可用于夜视镜、相机等小型数字器件中，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容量不足、充电时间长的问题，极大地加速了新能源电池工业的发展。本系列研究成果为石墨烯在新能源电池工业中的应用铺平了道路。

石墨烯过滤器比其他脱盐技术使用得更多。当水中的石墨烯氧化膜与水紧密接触时，它可以形成约0.9纳米宽的通道，比这个尺寸小的离子或分子可以快速通过。石墨烯膜中毛细通道的尺寸可以通过机械手段进一步压缩。控制孔隙大小，有效过滤海水中的盐。

石墨烯具有重量轻、化学稳定性高、比表面积大等优点，是储氢材料的最佳候选材料。

由于石墨烯具有高导电性、高强度、超薄性等特点，在航空航天和军事工业领域的应用优势也十分突出，2014年，美国宇航局研制了用于航空航天应用的石墨烯传感器，可以探测地球上层大气中的微量元素和结构定义。石墨烯还将在超轻型飞机材料等潜在应用中发挥更重要的作用。

石墨烯作为一种新型的光敏元件，通过其特殊的结构，有望比现有的CMOS或CCD提高数千倍的光敏性，能耗仅为10%，可用于监视和卫星成像领域，也可用于相机和智能手机。

石墨烯基复合材料是石墨烯应用领域的一个重要研究方向。它们在储能、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等方面具有优异的性能，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。随着石墨烯研究的不断深入，石墨烯增强材料在体金属基复合材料中的应用越来越受到重视，石墨烯基多功能聚合物复合材料和高强度多孔陶瓷增强了复合材料的许多特殊性能。

石墨烯被用于加速人骨髓间充质干细胞的成骨分化和在碳化硅上制备外延石墨烯生物传感器，同时，石墨烯可作为神经界面电极而不改变或破坏信号强度或瘢痕组织形成等性能。由于电极的柔韧性、生物相容性和导电性，E电极在体内比钨或硅电极稳定得多，氧化石墨烯在抑制大肠杆菌生长方面非常有效，不会对人体细胞造成伤害。

目前，世界上已有80多个国家投资于石墨烯的研发和生产，美国、欧盟、日本和韩国已经发布或资助了一系列相关的研究项目和项目，特别是欧盟制定了石墨烯旗舰计划，计划进行投资。新台币10亿元。不仅如此，IBM、英特尔、陶氏化学、三星等国际知名跨国企业已将石墨烯及其应用技术作为长期战略发展方向，而且还有一大批专门从事石墨烯研发、生产和销售的机构和企业。应用程序已经出现。

在各国政府和企业的积极投入下，石墨烯的研究进展迅速，据数据显示，石墨烯是世界上最薄、最硬的材料，自2010年以来，在世界范围内掀起了一场研究和开发热潮。专利申请数量继续大幅增长，2017年达到13240件，热值至今未下降。

就不同国家而言，石墨烯在世界上的相关研究成果主要集中在以英国、法国和德国为代表的欧洲、以中国、日本和韩国为代表的东亚、以美国为主导的北美，其中中国是第一个技术发明国，其专利被接受。ance远远领先于其他国家/地区，占总数的58%。韩国、美国和日本也是这项技术的主要发起国。

然而，从技术生命周期的角度看，石墨烯工业正处于概念引进期，工业化的前期突破，并正从实验室走向工业化，目前，功能性涂料、复合材料、电极材料、结构REI等低端产品正在向工业化方向发展。以石墨烯粉末（体）为原料的强化材料已初步工业化，但其规模小、技术含量低、附加值低，而以石墨烯薄膜为原料的高端产品，如微电子材料、显示膜材料，要么在实验室阶段，要么在实验室阶段。试点阶段，短期内难以实现工业化。

一般来说，石墨烯作为一种新材料，从发现到大规模应用，是一个循序渐进的过程，不能一蹴而就。它需要遵循物质材料器具使用规律和新兴产业发展规律。

目前，各国的扶持政策大多集中在石墨烯的中游产业链上，欧美等发达国家的早期扶持政策主要集中在石墨烯的基础研究和高端应用产品的开发上，未来5-10年内，随着石墨烯产业链的加速发展，随着石墨烯产业链的不断完善，石墨烯产业链的发展也在加速。随着石墨烯产业化和市场价值的不断攀升，政府将进一步加大对石墨烯下游应用的政策支持，以促进石墨烯产业化的发展，可以预见，随着石墨烯制备技术的逐步成熟和应用研究的逐步扩大，石墨烯产业化的前景将更加广阔。H和发展，在各国政府和企业的大力推动下，研发成果的转化和产业化将快速发展。

从市场规模看，世界石墨烯年生产能力已达100吨。行业预计未来5-10年石墨烯年产能将达到1000吨，据锂电大学统计，2015年全球石墨烯市场约453万美元，到2020年预计达到3.85亿美元，到202年预计达到21.03亿美元。5。

我国石墨烯工业企业在小企业和初创企业中所占比重较大，而大中型企业数量相对较少，随着石墨烯产业化的推进，小企业比重不断提高，中型企业规模发展也不断加快。加强。截至2017年12月底，已有4800多家企业在石墨烯相关业务部门注册。

国内石墨烯企业参与了石墨烯薄膜、粉体、浆体的制备及下游应用，其中石墨烯应用环节的企业数量最多，占39%；石墨烯研发环节的企业数量第二，占19%；技术指标占比第二。服务和准备环节也在10%以上，其他环节也在10%以下。

从空间上看，我国石墨烯企业大多分布在上海、江苏、浙江、福建、广东等东南沿海地区，特别是长三角地区，其次是四川盆地和山东省。此外，天津、山西、内蒙古等地也分布较缓，基本形成了长三角作为集聚区等碎片化发展的产业格局，其中无锡、常州、德阳、重庆、上海等地形成了初步规模的石墨烯产业集群。

2015年，国务院发布《中国制造2025》，部署石墨烯工业中长期发展道路，到2020年，石墨烯工业规模制备、电化学储能、印刷电子、航空航天轻高强复合材料、海洋工程防腐等应用技术水平达到。n个领域达到国际领先水平，相关产品性能大幅提升，形成十亿美元的产业规模；到2025年，优质石墨烯粉末年产量达到1万吨以上，薄膜年产量达到1亿平方米，达到8英寸石材；批量生产石墨烯芯片的研制突破了石墨烯在电子信息领域应用的技术瓶颈，整体工业规模突破1000亿元。2020-2025年电动汽车锂电池石墨烯基电极材料规模达到1万吨，海洋工程石墨烯基防腐涂料10万吨，柔性电子石墨烯薄膜10万平方米。

石墨烯产业前景广阔，关联企业数量逐年增加，据统计，截至2017年底，我国石墨烯关联企业超过4800家，2017年新增企业达到1093家，这些企业主要涉及研究开发、预开发、预开发等方面。石墨烯的分离、销售和应用。

石墨烯的制备技术不断突破，美国能源部阿贡国家实验室（argonne national laboratory）开发了一种以金刚石为基体的超高速化学气相沉积（cvd）制备单晶石墨烯的新技术，大大降低了石墨烯薄膜的成本。中国、北京大学和香港理工大学合作，通过改进化学气相沉积技术来提高石墨烯单晶薄膜的生长速度。最近，日本研究人员开发了一种低温CVD方法，在塑料或二氧化硅基片上直接生长石墨烯，以避免在单晶体中可能发生的损伤。TAL薄膜转移，预计2018年将出现新的石墨烯制备技术，进一步提高石墨烯产品收率，降低制备成本是一种趋势。

石墨烯粉末通常是由石墨制备的，但石墨烯原料开始呈现多样化的趋势，除了传统的石墨原料外，新开发的石墨烯微芯片还具有多种原材料，包括豆油、废生物质等原材料，石墨烯原料的多样化。预计将提高原材料的可用性，降低原材料成本，进一步降低石墨烯材料的价格。

2017年10月，在国家物理实验室（NPL）的领导下，发布了世界上第一个石墨烯ISO标准。该标准定义了描述石墨烯和相关二维材料不同形式的术语，为石墨烯的测试和验证提供了可执行的依据和标准。同一时期，领先于意大利伊迪什石墨烯公司Directa Plus和意大利因苏布里亚大学也领导了标准石墨烯生产工艺的开发。2017年2月，在中国无锡石墨工业发展示范区举办了关于制定石墨烯国家标准提案的研讨会。国内石墨烯专家就石墨烯的检测与表征、一般依据、安全性和产品等46项标准建议进行了讨论。

各国对石墨烯研发和产业化的投资和扶持政策不断升级，除了中国承认石墨烯在十三五等国家规划中的战略新兴物质地位和对石墨烯引导基金的持续投资外，许多外国政府也对石墨烯的研发和产业化给予了大力支持。自有的工业公司和基金也更加重视石墨烯技术。

更具影响力的机构和投资项目包括阿拉伯联合酋长国的阿布扎比未来能源公司（Masdar）和英国创新公司（Innovate UK）在曼彻斯特建立的石墨烯工程创新中心（GeIC），耗资6000万英镑。石墨烯工程创新中心预计将于2018年开始运营。

随着石墨烯应用和产业化的不断发展，政府、研究和投资机构讨论了2018年石墨烯支持政策和相关投资的46项标准建议。

随着石墨烯产能的不断扩大和价格竞争的激烈，石墨烯的价格（尤其是石墨烯粉的价格）呈现出持续下降的趋势。

在中国，一些物理石墨烯微芯片产品的价格已经降到了每公斤几到几十元人民币。在全球市场上，加拿大的Noxplore还声称，通过以每公斤10美元的价格推广高质量的低聚石墨烯粉末来竞争市场。石墨烯价格的下降趋势将在2018年继续。随着随着石墨烯制备技术的进一步完善，原材料的多样化和原材料价格的降低，以及制备成本的进一步降低，降低石墨烯材料价格的趋势可能从目前的低端石墨烯材料向高端石墨烯材料延伸。

石墨烯薄膜或石墨烯微芯片的价格将进一步降低。对于石墨烯薄膜，小尺寸石墨烯薄膜的价格将迅速下降，而大尺寸石墨烯薄膜仍然是稀缺产品，因此价格将缓慢下降。另一方面，石墨烯微芯片（粉末）的价格将继续下降。趋势6：应用石墨烯在CPU、芯片等核心电子元器件中的离子含量将进一步提高。

石墨烯已广泛应用于电子领域，其中石墨烯导电油墨和基于石墨烯的射频标签（RFID）正在消费电子和其他电子产品市场上出现，未来，石墨烯基电磁干扰屏蔽/静电防护装置等技术将日益增多。此外，石墨烯在CPU和芯片中的应用也引起了许多计算机和电子巨头的关注，这些巨头将进一步推动其未来的研发进程。

电子是石墨烯最大的应用领域，2017年，除了石墨烯射频标签（RFID）、电磁干扰屏蔽/静电防护（EMI/ESD）器件的应用外，市场上出现了更多的石墨烯电子产品，石墨烯在各种电子市场的发展。节段进一步加深。

石墨烯电池的研究和开发在现实意义上很难取得突破。以石墨烯或石墨烯复合材料为电极的石墨烯电池的研究和开发还有很长的路要走，但以石墨烯为散热材料的锂离子电池取得了一些突破。

储能是石墨烯的三大应用之一。除了石墨烯材料在导电流体中的应用外，石墨烯材料的应用还扩展到锂离子电池和电极本身的保护，目前，石墨烯在储能领域的典型应用包括华为研究所的石墨烯电池保护材料。E和加拿大Grafoid公司开发的用于新一代锂离子电池电极保护的石墨烯复合惰性薄膜。石墨烯材料在储能领域的应用将在2018年进一步扩大。它还可能在其他储能产品，包括太阳能电池方面取得突破。

2018年，在石墨烯复合材料领域，石墨烯防腐涂料和石墨烯纺织品一直备受关注，目前，石墨烯材料在纺织品中的应用已经开始商业化，相关案例包括由世界领先企业Directa Plus和Colmar推出的一款石墨烯增强纤维滑雪夹克。丁石墨烯产业在中国，南通强生凯瑞的防火纺织品、深圳恩旺科技的石墨烯加热智能服装和家纺产品也引起了关注。

石墨烯防腐涂料已成批发货，随着石墨烯价格的下降，石墨烯涂料将从高端涂料市场渗透到中端涂料市场，从而进一步确定石墨烯涂料在石墨烯复合材料中的领先地位，石墨烯防腐涂料及图形的应用乙烯纺织品值得关注。

石墨烯在汽车中的应用开始登陆，2017年，英国石墨烯公司海代尔和定制超速生产商BAC研制的BAC单石墨烯增强型跑车在2017年的世界移动大会上亮相，并宣布将石墨烯电解质固态电池用于高速行驶。Fisker情感电动汽车充电。2018年，我们将看到更多的石墨烯材料用于轻型车身结构复合材料、车辆传感器、减震和散热装置以及动力电池。这些汽车石墨烯产品的商业潜力可能在未来几年逐渐显现。

博泰石墨是郴州高新技术企业，一直从事石墨原矿开采、石墨深加工、石墨动力电池负极材料、石墨烯和核石墨的开发、生产和销售。一直致力于促进和发展石墨相关产业。

特别关注了球形石墨烯的发展趋势。博泰石墨将进一步完善其石墨烯产业链。另一方面，将继续创新建设自己的平台，整合石墨烯上下游资源，对推动公司石墨烯产业更好发展发挥重要作用。

长三角地区是我国石墨烯工业发展较早的地区，产业链也相对完善，依托当地良好的产业发展平台和完善的产业发展体系，形成了石墨烯制备、新能源等综合性产业发展模式。RGY、复合材料、热管理等领域。

珠三角石墨烯产业链下游应用市场发展迅速，尤其是在石墨烯生产和设备制造方面，珠三角企业主要集中在材料、电加热、大健康、新能源等下游应用领域。产业发展道路清晰。

京津冀地区围绕北京开展石墨烯技术创新和产业协同，以促进低成本石墨烯和设备的技术进步和产业化为目标，构建产业链，促进链内各环节协同良性互动，进一步整合北京周边的资源。三地，形成京津冀地区战略性新兴产业高地。

此外，山东省也是我国石墨烯产业发展势头强劲的地区之一，目前山东省已初步形成了石墨烯产业链。相关企业积极定位于石墨烯原料、石墨烯设备、防腐涂料、导电油墨、锂离子电池、石墨烯改性橡胶密封件、石墨烯水处理材料等。

2015年11月30日，工信部、发改委、科技部发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》

石墨烯是一种新型的碳基材料，具有良好的导热性、导电性和透光性。它具有强度高、超薄、比表面积超大等特点。石墨烯广泛应用于锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示屏触摸屏、透明电极等领域，在电子信息领域具有广阔的应用前景。新材料、新能源、生物医学等。

由于碳原子之间的化学键，石墨烯不仅是最薄的材料，也是最坚硬的材料。它的断裂强度比最好的钢高200倍，同时具有良好的弹性，拉伸范围可达其尺寸的20%，是自然界中最薄、最强大的材料，由于只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，带来了新的电性。对它来说，石墨烯在可见光下是透明的，但不透气，这些特性使它非常适合作为保护层和透明电子产品的原材料。

硅基集成电路的主频越高，热量越高，目前在液氮环境下硅基芯片的最高频率为8.4g。日常生活中使用的台式机芯片的主要频率基本上是3g到4G，为了控制CPU的功耗，笔记本电脑芯片的主要频率一般控制在2g到3g之间。

与硅基材料相比，石墨烯在室温下的载流子迁移率高10倍，导热性好。该芯片的主频率理论上可以达到300g，比硅基芯片功耗更低，早在几年前，IBM实验室的石墨烯场效应晶体管主频率为155g，石墨烯是硅的理想替代品。

在政策的支持和鼓励下，我国石墨烯工业近年来取得了长足的发展。常州石墨产业园、无锡石墨产业应用示范基地、青岛石墨产业创新示范基地相继建成，随着工业化进程的加快，石墨烯产业集群不断壮大。

目前，石墨烯还处于工业化的早期阶段，没有充分实现石墨烯的大规模应用，没有形成一个完整成熟的上下游产业链，石墨烯产品的最大需求市场仍然是科研机构和少数生产厂家，大部分是石墨烯。企业仍然无法找到稳定的经营模式和盈利模式，石墨烯技术研究仍处于前沿阶段。从成本和产量的角度来看，石墨烯在市场上的应用还有很长的路要走。

目前，石墨烯在许多研究中的惊人特性都是建立在高质量样品的基础上的，为了获得电性能和机械性能最好的石墨烯样品，机械剥皮是最耗时和最昂贵的方法。

提高产量和降低成本的方法有很多，如液相汽提、化学气相沉积、直接生长和化学氧化还原，但采用这些方法，产品质量会下降，目前还没有真正适合工业化大规模生产的技术。

氧化石墨烯纳米颗粒是石墨烯工业中最成熟的产品之一。它们很便宜。虽然不能用在电池、可弯曲触摸屏等高端领域，但它们很像电子纸，但可能对人体有毒，而且在地表水中很稳定，很容易扩散。

《中国制造2025》强调加强以石墨烯为主导的新材料基础研究和体系建设，突破工业化制备的瓶颈，密切关注颠覆性新材料对传统材料的影响，做好传统材料的提前布局和开发工作。f石墨烯等战略性前沿材料。

随着国家对石墨烯政策的相继出台，世界各国政府纷纷向石墨烯投下橄榄枝，常州、无锡、宁波、青岛、北京等地自2012年开始规划石墨烯产业园。具有敏锐嗅觉的资本市场也开始介入石墨烯领域，促进石墨烯的发展。

新材料产业作为重要的战略性新兴产业之一，也是未来高新技术产业发展的基石和开拓者，先进的碳材料具有新的结构和优良的理化性能。它们是未来发展的重要和决定性的新材料。因此，石墨烯工业的蓬勃发展是我国传统材料工业的升级。

虽然欧美在石墨烯基础研究方面具有良好的创新能力和科研水平，但我国石墨烯产业链较为完整。虽然我国石墨烯产业链尚未成熟，下游环节尚未开放，市场需求有待培育，但这只是时间问题。

目前，国内部分应用技术企业已进行了技术储备，正在积极探索和布局石墨烯下游应用市场，未来谁抢占市场机遇，谁就可以分享石墨烯行业的第一杯。

目前，市场上与石墨烯有关的产品是鱼眼和珠子混在一起的，产品质量参差不齐。资本市场已经激起石墨烯。这种过度宣传将削弱应用企业对国内石墨烯质量的信任，阻碍我国石墨烯产业的发展，同时新兴企业也将面临技术瓶颈、融资问题、人才流失问题，发展道路十分艰辛。

一个产业的崛起必须经历六个阶段：第一阶段是技术概念期，第二阶段是产品引进期，第三阶段是市场扩张期，第四阶段是竞争性并购期，第五阶段是成熟调整期，第六阶段阶段是工业衰退的时期，目前石墨烯工业还处于技术概念阶段。要真正进入产品引进和市场拓展阶段还有很长的路要走。

作为一种人工材料，石墨烯的潜在危害尚待研究和发现，因此，石墨烯在材料安全数据表中的工业应用尚不完善，解决其安全问题，使石墨烯对我们自己和我们的环境尽可能安全是该行业面临的挑战之一。

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