【微·材料】石墨烯产业化到底卡在了哪？
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用“一半是火焰，一半是海水”来形容当前石墨烯产业发展的境况毫不为过——一边是制备技术研发不断成熟，呈现出资本热、学术热；另一边是规模化应用频频遇冷，产业化发展亟待突破。然而，石墨烯产业发展的这种境况有望很快被打破，石墨烯产业化正步入黎明前夕。
据近日举行的中加石墨烯产业及应用研讨会透露，尽管石墨烯产业化面临技术、市场、成本等问题，但利好的是石墨烯有望入选“十三五”新材料重大专项，石墨烯研发及产业化也将在“十三五”科技发展规划中占一定位置。
无独有偶。中国石墨烯产业联盟近日召开新闻发布会称，由于受制备和应用技术的制约，石墨烯目前还不能大规模产业化，但前景可期。
据中国石墨烯产业联盟预计，目前全球石墨烯年产能达到百吨级，未来5－10年将达到千吨级。到2020年，全球石墨烯市场规模将超1000亿元，其中中国占比50%－80%，将在全球石墨烯产业中起到主导和核心作用。
“新材料之王”的魅力
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“新材料之王”。我国政府对于石墨烯产业的发展一直保持高度关注和重视，尤其是2015年以来对石墨烯的政策更是明显加码。2月，工业和信息化部下发了《关于印发2015年原材料工业转型发展工作要点的通知》，要求制订石墨烯等专项行动计划，组建碳纤维、石墨烯、稀土等新材料产业联合创新中心。5月和10月，国务院分别发布了《中国制造2025》和《
11月，工业和信息化部、国家发改委、科技部下发《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，提出到2018年石墨烯材料制备、应用开发、终端应用等关键环节良性互动的产业体系基本建成，到2020年形成完善的石墨烯产业体系，实现石墨烯材料标准化、系列化和低成本化。
今年5月，备受业界关注的《石墨烯材料的术语、定义及代号》国家标准（征求意见稿）在国家标准化管理委员会官网正式公布，并向社会公开征求意见。这标志着我国首个石墨烯国家标准制定取得重要进展。
业内预计，中国国际石墨烯资源产业联盟今年9月将正式成立，同时上海石墨烯产业技术功能型平台将正式运作。
产业化为何频频遇冷
可以说，在石墨烯被发现及优越的材料性能被认可之后，其被业界追捧的程度可用“无与伦比”来形容。然而，与之上游研发热、资本追逐热等形成鲜明对比的是，其下游规模化应用却频频遇冷。
“目前，石墨烯行业存在冷热不均的局面，一是学术界、资本界、媒体的热与产业界的冷；二是政府招商的热与落地配套政策的冷；三是中国群众式的热和发达国家注重长远的冷。”在中加石墨烯产业及应用研讨会上，工业和信息化部赛迪研究院原材料工业研究所所长肖劲松表示。
据肖劲松介绍，截至目前，中国申请石墨烯领域专利2200多件。据不完全统计，目前全国有80多所国内一流高校和研究机构涉足石墨烯研究。
他分析称，当前石墨烯产业化存在技术、市场以及成本三个主要问题，比如关键性技术尚未获得实质性突破，下游应用领域研发落后，产业应用技术缺乏指导，前期研发投入资金量大且周期长等。
对此，肖劲松建议，“十三五”期间国家应设立石墨烯发展专项计划和专项基金，将石墨烯确定为战略性矿产资源；打通应用环节，形成上下游一体化的产业链条；加快制定正确的技术路线和材料标准、应用标准等标准规范；做大做强采、选、冶一体的高科技龙头企业集团，建立石墨烯产业基地；鼓励和引导社会资本进入石墨烯产业领域。
鉴于现实中“冷热不均”、频频遇冷的境况，业界对于石墨烯产业化的热情逐渐冷却下来。甚至有不少业外人士与投资者认为，石墨烯实现产业化为时过早。
对此，肖劲松表示：“石墨烯产业正处于概念导入期、产业化突破前期。”在他看来，按照硅材料产业的成熟周期为20年来推断，石墨烯产业化成熟至少还需要5－10年，接下来如何破局是关键。
“近期，我们对石墨烯产业链进行了调研。调研发现，我国部分石墨烯企业仍受制于制备工艺不成熟、成本高、环保严、不稳定性等因素，从而导致其商业化应用推广进程缓慢。”在中加石墨烯产业及应用研讨会上，中国非金属矿工业协会石墨专业委员会副秘书长刘荣华表示。
难以估量的市场前景
“当前，石墨烯发展已进入了产业化的黎明前夕，与外界认知存在巨大的预期差。”刘荣华表示，市场对于石墨烯产业政策的预期非常强烈，而且石墨烯有望入选“十三五”新材料重大专项。
据了解，目前，石墨烯主要以石墨烯粉体及石墨烯薄膜两种形式存在。石墨烯粉体通过天然石墨制备出来，应用于新材料领域和能源领域。石墨烯薄膜是通过甲烷制备出来，应用于电子领域、环境领域和医药领域等。
经过调研，刘荣华预计，今年下半年石墨烯产业将是“粉”“膜”登场，应用的行业包括防腐涂料、导热塑料、石墨烯EPS、消费电子散热片、超级电容器及锂电池等。“部分石墨烯企业2015年已经突破了千万元收入，今年有望突破亿元收入。在复合材料、锂离子电池正极材料以及电子触摸屏领域，石墨烯最有希望率先实现产业化。”
根据刘荣华对国内石墨烯企业进行的调研了解，目前石墨烯在复合材料中比较明确的几个应用包括防腐涂料、改性塑料以及石墨烯EPS。
在防腐涂料领域，据市场预计，2015年我国常规防腐涂料、重防腐涂料产量分别达到300万吨和150万吨左右，防腐涂料总产量达到450万吨左右；到2017年或可达600万吨。按千分之一的石墨烯用量、100万元／吨计算，到2017年其潜在市场规模为60亿元。
石墨烯改性塑料应用广泛，市场空间大。以PVC材料为例，我国每年PVC塑料产量约为1800万吨，按1%的PVC材料添加5%的石墨烯来测算，单PVC塑料领域对石墨烯的需求就有接近万吨级别。除塑料材料之外，其他高分子材料如橡胶等对石墨烯的需求量也十分巨大。
石墨烯EPS与普通聚苯板相比，具备两大优点：低导热系数与低密度。石墨烯EPS比普通聚苯板导热率大幅降低了20%，意味着保温层的经济厚度可以降低20%；石墨烯EPS的密度也显著低于普通聚苯板，在同样的保温效果下，意味着原材料的使用量可以大幅降低，更加符合节能环保的标准。
“石墨烯在锂离子电池中的应用比较多元化，目前已经实现商业化的是用在正极材料中作为导电剂，来改善电极材料的导电性能，提高倍率性和循环寿命。”刘荣华介绍说，石墨烯在锂离子电池市场上的潜在容量为10亿元级别。
刘荣华预计，随着新能源汽车产量的迅猛增长，市场对于导电添加剂的需求也将呈飞速提升态势。预计到2018年，石墨烯导电剂用量将达500吨，其在锂电池导电剂材料中的占比也将逐步提高。以目前导电浆料中的石墨烯来估算，2018年对应的石墨烯导电浆料需求量在1万吨以上。
“石墨烯也将成为理想的锂离子负极材料。”刘荣华分析，硅作为锂离子负极材料，其理论比容量高达4200毫安时／克，但其在充放电过程中体积变化大，造成循环稳定性较差，而用石墨烯包覆硅材料（石墨烯改性硅基材料）能一定程度上缓冲其巨大的体积变化。
按单位电池材料使用百分之一石墨烯（实际用量可能会更高）、50万元／吨的价格计算，石墨烯在锂电池领域每年潜在市场规模为16亿元。
同时，石墨烯薄膜在柔性显示领域开始大展身手。国内已有多家企业实现从柔性屏到多点触控柔性屏的突破。以石墨稀材料技术制作的柔性触摸屏可让不规则或弧形的移动设备实现先进的多点触控功能。乐观估计，2015年石墨烯薄膜潜在市场空间为21.6亿元。
“石墨烯产业化的关键是发挥石墨烯的材料特性，寻找高性价比应用。关于石墨烯产业化，未来石墨烯产业的发展主要取决于下游应用技术和市场开拓进展；而石墨烯应用的关键在于怎么把石墨烯和现有材料体系融合，更大限度地发挥石墨烯的优异性能，取得较高的性价比。”刘荣华说。
根据石墨烯的不同特性、技术难度和应用性价比，他总结了以下发展路径——近期，复合材料＋触控产品；中期，能源领域＋传感器；长期，半导体器件应用。
显然，石墨烯产业化大幕拉开在即。可以预见，以石墨烯新材料应用创新推动传统行业升级将是未来几年的主旋律。
来源： 中国高新技术产业导报
作者：李晓娜
微能网小编编辑整理
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