石墨烯材料產(chǎn)業(yè)還面臨著一系列技術(shù)挑戰(zhàn)? 石墨烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析

• 黃婷 2024年1月12日 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 445 22
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石墨烯，是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。應(yīng)用于物理、材料、電子信息、計(jì)算機(jī)等眾多領(lǐng)域，具有較好的額導(dǎo)熱性、光學(xué)特性和穩(wěn)定性。

石墨烯，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。應(yīng)用于物理、材料、電子信息、計(jì)算機(jī)等眾多領(lǐng)域，具有較好的額導(dǎo)熱性、光學(xué)特性和穩(wěn)定性。

石墨烯雖然從合成和證實(shí)存在到今天只有短短十幾年的時(shí)間，但目前已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。石墨烯層數(shù)可分為單層石墨烯、少層石墨烯和多層石墨烯;按照功能化形式可以分為氧化石墨烯、氫化石墨烯、氟化石墨烯等;按照產(chǎn)品形態(tài)又可分為石墨烯粉體和石墨烯薄膜。

石墨烯行業(yè)

石墨烯屬于技術(shù)、人才和資金高度密集型的前沿新材料產(chǎn)業(yè)，只有跟下游應(yīng)用深度融合，完全打開(kāi)應(yīng)用市場(chǎng)才能快速發(fā)展。石墨烯不僅與紡織鞋服、功能涂料、改性橡膠等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)系密切，同時(shí)與電子信息、航空航天、新能源、生物醫(yī)藥等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也緊密相關(guān)，形成“共生共融、協(xié)同發(fā)展”的產(chǎn)業(yè)生態(tài)?！笆奈濉逼陂g，我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)將進(jìn)一步發(fā)揮改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、培育新興產(chǎn)業(yè)的功能，與相關(guān)產(chǎn)業(yè)深度融合發(fā)展，加速推動(dòng)我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，催生一批高速增長(zhǎng)的石墨烯企業(yè)。

中國(guó)石墨烯行業(yè)上游是石墨烯原材料供應(yīng)行業(yè);中游是石墨烯生產(chǎn)行業(yè);行業(yè)下游為石墨烯主要應(yīng)用行業(yè)，主要包括儲(chǔ)能材料行業(yè)、防腐涂料行業(yè)、壓力傳感器行業(yè)、柔性觸控屏行業(yè)和發(fā)熱膜行業(yè)等。

石墨烯的研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)持續(xù)升溫，石墨和石墨烯有關(guān)的材料廣泛應(yīng)用在電池電極材料、半導(dǎo)體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面。鑒于石墨烯材料優(yōu)異的性能及其潛在的應(yīng)用價(jià)值，在化學(xué)、材料、物理、生物、環(huán)境、能源等眾多學(xué)科領(lǐng)域已取得了一系列重要進(jìn)展。

中國(guó)石墨烯行業(yè)呈現(xiàn)外資企業(yè)技術(shù)領(lǐng)頭，國(guó)內(nèi)企業(yè)制造領(lǐng)跑的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)。石墨烯行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局中第一梯隊(duì)由貝特瑞、方大炭素、碳元科技等營(yíng)收規(guī)模較大，已經(jīng)擁有完整的石墨烯生產(chǎn)線并且實(shí)現(xiàn)規(guī)模化經(jīng)營(yíng)的龍頭上市企業(yè)組成，該類(lèi)公司在國(guó)內(nèi)國(guó)外均有較為成熟的銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)，市占率較高。

據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院《2024-2029年石墨烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析報(bào)告》分析：

我國(guó)是世界第二大石墨資源國(guó)，已探明的石墨資源儲(chǔ)量為2.6億噸，石墨基礎(chǔ)儲(chǔ)量約占全世界總儲(chǔ)量的33%，具有良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)。

2015年，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展改革委、科技部等三部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見(jiàn)》，成為我國(guó)石墨烯領(lǐng)域首個(gè)國(guó)家層面的綱領(lǐng)性文件。近年來(lái)，一系列石墨烯材料產(chǎn)業(yè)的相關(guān)扶持政策陸續(xù)出爐。今年8月，工業(yè)和信息化部、國(guó)務(wù)院國(guó)資委印發(fā)《前沿材料產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)發(fā)展指導(dǎo)目錄(第一批)》，石墨烯名列其中。

無(wú)論是石墨烯材料的基礎(chǔ)研究還是產(chǎn)業(yè)化，中國(guó)都已走在世界前列。經(jīng)過(guò)近10年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)石墨烯材料市場(chǎng)中，部分下游應(yīng)用領(lǐng)域取得突破，如石墨烯導(dǎo)電劑已在新能源汽車(chē)市場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用。

隨著石墨烯制備和石墨烯應(yīng)用技術(shù)水平的提升，石墨烯材料能夠應(yīng)用在更多的下游產(chǎn)品和領(lǐng)域中。最新石墨烯下游產(chǎn)品，包括石墨烯理療保暖產(chǎn)品，石墨烯內(nèi)暖纖維制成的服裝，第二代石墨烯手機(jī)，石墨烯防彈衣、石墨烯防靜電輪胎、石墨烯動(dòng)力電池等等，顯示出我國(guó)在石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域取得了很好的成績(jī)。石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展持續(xù)升溫，未來(lái)將會(huì)應(yīng)用于鋰離子電池、鋰硫電池、薄膜分離、超級(jí)電容器等制造中。

我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析

在日前舉辦的第二十五屆中國(guó)國(guó)際高新技術(shù)成果交易會(huì)上，全球首個(gè)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的二維石墨烯材料亮相。石墨烯被認(rèn)為是“會(huì)改變世界的材料”。它是目前世界上已知最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性最好的材料。

對(duì)于石墨烯材料來(lái)說(shuō)，2010年是一個(gè)重要的年份。這一年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，表彰他們“有關(guān)二維材料石墨烯的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”，石墨烯材料也因此進(jìn)入公眾視野。這種既透明輕薄同時(shí)又具有超強(qiáng)韌度的二維材料，已經(jīng)成為當(dāng)下材料科學(xué)領(lǐng)域的“明星”。

目前，石墨烯的制備主要包括“自上而下”法和“自下而上”法兩種工藝。所謂的“自上而下”法，指的是以石墨為起點(diǎn)，從石墨中層層剝離，得到二維的微觀石墨烯，是一個(gè)“由多到一”的過(guò)程;而“自下而上”法是指從含碳化合物開(kāi)始，利用高能量破壞掉化合物的化學(xué)鍵，使其中一個(gè)個(gè)的碳原子從中脫離出來(lái)后規(guī)則地聚集，生長(zhǎng)成為石墨烯，是一個(gè)“由零到一”的過(guò)程。前者主要包括液相剝離法、氧化還原法、機(jī)械剝離法，后者則主要包括化學(xué)氣相沉積法、碳化硅晶體外延生長(zhǎng)法。

再過(guò)10年左右，石墨烯薄膜材料或?qū)⒊蔀橹髁鲬?yīng)用材料，用其制備的水氧阻隔膜、分離膜、緩沖層、透明電極、觸控屏、射頻器件等，將逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化。因此從材料的形態(tài)上講，從粉體材料到纖維材料，再到薄膜和晶圓材料，或許可以被視為石墨烯材料可預(yù)見(jiàn)的發(fā)展歷程。

石墨烯材料產(chǎn)業(yè)還面臨著一系列技術(shù)挑戰(zhàn)

同時(shí)，石墨烯材料產(chǎn)業(yè)還面臨著一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。目前石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)成本仍然較高，需要尋找更加經(jīng)濟(jì)高效的方法;石墨烯的制備需要更好地控制其結(jié)構(gòu)和性能，以滿足不同應(yīng)用的需求;石墨烯的生產(chǎn)和處理過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染和廢棄物處理問(wèn)題，需要研究環(huán)保的生產(chǎn)方法。盡管石墨烯具有許多優(yōu)異的特性，但如何在實(shí)際應(yīng)用中利用好這些特性還需要更多的研究和探索。

隨著國(guó)家“煤改電”等清潔能源政策的推動(dòng)，全國(guó)已有幾十個(gè)城市出臺(tái)了扶持政策，使石墨烯電加熱行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期。此外，石墨烯防腐涂料、石墨烯改性紡織品、石墨烯改性合金材料等應(yīng)用也在不斷發(fā)展成熟，中國(guó)成為石墨烯材料市場(chǎng)下游應(yīng)用開(kāi)發(fā)力度最大的國(guó)家。

同時(shí)值得注意的是，歐美石墨烯材料市場(chǎng)的下游應(yīng)用多為光電器件、傳感器等高精密儀器。這些儀器對(duì)石墨烯材料的要求高，因此常采用“自下而上”法制備石墨烯材料。而我國(guó)市場(chǎng)上的石墨烯材料大部分采用“自上而下”法，通過(guò)氧化還原反應(yīng)制備，雖然成本低、產(chǎn)量大，但由于質(zhì)量尚有待提高，因此難以在集成電路等高精密度產(chǎn)品中應(yīng)用。

隨著我國(guó)石墨烯下游新能源、新材料等應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，石墨烯需求量也隨之?dāng)U大，市場(chǎng)規(guī)模顯著增長(zhǎng)，2022年中國(guó)石墨烯行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到314億元，同比增長(zhǎng)18.49%。

圖表：2020-2022年中國(guó)石墨烯行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模分析

數(shù)據(jù)來(lái)源：中研普華研究院

隨著石墨烯制備和石墨烯應(yīng)用技術(shù)水平的提升，石墨烯材料能夠應(yīng)用在更多的下游產(chǎn)品和領(lǐng)域中。最新石墨烯下游產(chǎn)品，包括石墨烯理療保暖產(chǎn)品，石墨烯內(nèi)暖纖維制成的服裝，第二代石墨烯手機(jī)，石墨烯防彈衣、石墨烯防靜電輪胎、石墨烯動(dòng)力電池等等，顯示出我國(guó)在石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域取得了很好的成績(jī)。石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展持續(xù)升溫，未來(lái)將會(huì)應(yīng)用于鋰離子電池、鋰硫電池、薄膜分離、超級(jí)電容器等制造中。

我國(guó)對(duì)石墨烯領(lǐng)域發(fā)展的重視程度也上升到前所未有的高度，在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃發(fā)展方向上，達(dá)到了世界一線水平。從最初的石墨原材料開(kāi)采，到深加工成鋰離子電池負(fù)極材料，再到新能源材料——石墨烯，隨著我國(guó)石墨資源產(chǎn)業(yè)精深加工及開(kāi)發(fā)，石墨烯如今身價(jià)倍增。

隨著“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略的出臺(tái)，石墨烯扶持力度加碼，國(guó)家、地方政府、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟通過(guò)多種手段支持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！爸袊?guó)制造2025石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖，明確了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展重點(diǎn)、方向和路徑，已解決當(dāng)前相關(guān)產(chǎn)品制備技術(shù)存在成本高、技術(shù)不成熟、產(chǎn)品不穩(wěn)定等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)針對(duì)特定場(chǎng)合的多形態(tài)和特性石墨烯材料的制備和結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)。當(dāng)下，中國(guó)石墨烯行業(yè)整體發(fā)展形勢(shì)良好。

如果想要了解更多石墨烯產(chǎn)業(yè)詳情分析，可以點(diǎn)擊查看中研普華研究報(bào)告《2024-2029年石墨烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析報(bào)告》。

報(bào)告對(duì)我國(guó)石墨烯行業(yè)的供需狀況、發(fā)展現(xiàn)狀、子行業(yè)發(fā)展變化等進(jìn)行了分析，重點(diǎn)分析了國(guó)內(nèi)外石墨烯行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、如何面對(duì)行業(yè)的發(fā)展挑戰(zhàn)、行業(yè)的發(fā)展建議、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，以及行業(yè)的投資分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)等等。報(bào)告還綜合了石墨烯行業(yè)的整體發(fā)展動(dòng)態(tài)，對(duì)行業(yè)在產(chǎn)品方面提供了參考建議和具體解決辦法。報(bào)告對(duì)于石墨烯產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)、經(jīng)銷(xiāo)商、行業(yè)管理部門(mén)以及擬進(jìn)入該行業(yè)的投資者具有重要的參考價(jià)值，對(duì)于研究我國(guó)石墨烯行業(yè)發(fā)展規(guī)律、提高企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率、促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展壯大有學(xué)術(shù)和實(shí)踐的雙重意義。

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  2024-2029年石墨烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析報(bào)告

  石墨烯，是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。應(yīng)用于物理、材料、電子信息、計(jì)算機(jī)等眾多領(lǐng)域，具有較好的額導(dǎo)熱性、光學(xué)特性和穩(wěn)定性。石墨烯雖然從合...

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