中国石墨烯困境：空有产能却很难卖出产品 | 为什么石墨烯的时代还没有真正到来？
来源：第一财经日报，作者：邱智丽
石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子层厚度的二维晶体，作为唯一的二维碳材料，结构的特殊性也让其在性能上呈现出其他碳材料所不具备的优势——强度高、韧性强、透光率高、重量轻、导电性佳、导热性优。
看似简单的提取方式虽然可以获得高品质的石墨烯，但石墨烯的大小只能靠运气且很难实现量产，因为1毫米厚的石墨薄片就能剥离出300万层石墨烯。除此之外还有氧化还原法、化学气相沉积法、超声剥离法等。
推至科研角度而言，中国在石墨烯研究处于世界领先位置。根据中华人民共和国知识产权局、Wind数据库资料，2015年中国专利申请数量达7925个，居全球第一。而从专利布局来看，企业和学校总占比达80%以上，公司占比低于学校，产业化进程提速有限。
目前，国内能够规模化量产的石墨烯公司只有少数几家。记者查询了各家官网公开资料，如常州第六元素材料科技股份有限公司2013年11月，一条年产100吨氧化石墨（烯）的自动化生产线宣布投产，并预计2016年可年产1000吨粉体石墨烯，销售收入超过6亿元。
作为21世纪最具颠覆性的新材料，自诞生之日起，石墨烯就成为科技界和资本界追逐的热点，而其所承载的赞誉和争议一样多。
石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子层厚度的二维晶体，作为唯一的二维碳材料，结构的特殊性也让其在性能上呈现出其他碳材料所不具备的优势——强度高、韧性强、透光率高、重量轻、导电性佳、导热性优。
制造之难
在中科院上海微系统所（下称“中微所”）研究员丁古巧看来，独特的结构带来的优异性能从某种程度而言也成为石墨烯材料普及的制约因素。“从材料结构而言，单个碳原子层组成的二维材料，没办法单独使用，而石墨烯自身化学键饱和，又很难和其他材料复合。”丁古巧向《第一财经日报》介绍道。
丁古巧所在的课题组从2009年就开始进行石墨烯材料的基础科学研究，不断追求更环保、更高质量、规模化的石墨烯材料制备技术，在从通常使用的强氧化技术，逐渐发展到少使用或不使用强酸强氧化剂的机械剪切剥离技术。
这种剥离工艺和英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫最初从石墨材料中分离出石墨烯的方法如出一辙，即利用每个原子层之间相对微弱的结合力，用透明胶带粘住石墨片层的两面，反复粘贴撕开，直到获得只有一层原子厚度的石墨烯。
看似简单的提取方式虽然可以获得高品质的石墨烯，但石墨烯的大小只能靠运气且很难实现量产，因为1毫米厚的石墨薄片就能剥离出300万层石墨烯。除此之外还有氧化还原法、化学气相沉积法、超声剥离法等。
“多数化学方法制备的石墨烯，并不是纯石墨烯，其实质为多层的石墨堆积，产品质量无法得到保障；化学气相沉积制备石墨烯薄膜成本高，成品率低，难以进行批量化生产。”弗若斯特沙利文全球合伙人兼大中华区总裁王昕博士告诉《第一财经日报》。
目前的石墨烯主要有两种形态，一种是石墨烯薄膜，一种是类似炭黑的石墨烯粉体，两者的应用方向也不尽相同。薄膜形态的石墨烯已经可以大规模生产，包括重庆墨希科技有限公司、常州二维碳素、无锡格非等公司。
但石墨烯粉体则是争议最为集中的领域。一些公司和机构将单层和多层混为一谈，将厚度远远超过10个原子层的石墨烯微片或石墨烯纳米片也称为石墨烯。“目前国内很多公司号称可以做100吨、500吨甚至上千吨，夸大成分比较大，且大部分并不是真正的石墨烯，非专业人士很难分辨清楚。”丁古巧说道。
科研和产业未有效衔接
目前我国的石墨烯生产企业已经超过百家，尤其在常州、青岛、重庆、无锡、深圳等地形成了产业集群。但与海外三星、IBM、诺基亚、、陶氏化学等大公司推动产业化应用不同，中国的石墨烯生产多集中于中小型公司，大型企业较少参与。
但推至科研角度而言，中国在石墨烯研究处于世界领先位置。根据中华人民共和国知识产权局、Wind数据库资料，2015年中国专利申请数量达7925个，居全球第一。而从专利布局来看，企业和学校总占比达80%以上，公司占比低于学校，产业化进程提速有限。
而在王昕的观察看来，“我国虽然科研人员和成果数量大，但高精尖的原始科研成果还较少，大多采用跟踪研究的方法，重大创新还比较少，研究成果还主要集中在基础研究领域，高端应用技术还相对薄弱。”
空有产能销量低迷
更为值得关注的是，应用技术突破难导致产业链下游尚未形成，很多宣称能够生产上百吨石墨烯的公司，空有产能，却很难卖出产品。
目前，国内能够规模化量产的石墨烯公司只有少数几家。记者查询了各家官网公开资料，如常州第六元素材料科技股份有限公司2013年11月，一条年产100吨氧化石墨（烯）的自动化生产线宣布投产，并预计2016年可年产1000吨粉体石墨烯，销售收入超过6亿元。
但根据2016年年中业绩报告，2016年上半年净利润为-1367.27万元，比去年同期下降38.83%。石墨烯粉体收入增加约122.71万元，触摸传感器收入增加了322.77万元，虽然产品下游市场应用逐步打开，但销售远不及预期。而常州二维碳素材料有净利润-521.4万元，青岛华高墨烯明细利润-283.8万元。
空有产能，投入大量资金于设备、人员，却很难卖出产品，成为我国石墨烯生产的尴尬现状，由于下游需求未起，大部分石墨烯企业目前仍无法找到稳定的商业模式和盈利模式。
在石墨烯行业专家看来，虽然从2015年开始下游厂商对于石墨烯的应用积极性大幅提升，但目前市场上大部分下游企业家对于石墨烯还停留在概念上，并不清楚怎么使用。
“不少企业购进石墨烯材料等相关产品后，不针对产品特性进行加工工艺的改变。在这种情况下，石墨烯材料即使品质再高，也难以发挥其优越性，造成‘材料好、用不好’的现象屡屡出现。”王昕表示。
此外，从新材料到新产品转变的周期较长，下游企业必须确保添加石墨烯材料的产品具有稳定性。拿电池生产企业举例，一批产品约需3个月出试验结果，同款产品要做5~6批稳定性试验才能确定其稳定性，决定是否导入。
“石墨烯的成本过高、在锂电池中工艺特性不兼容等问题，使得‘石墨烯电池’这个技术接近于不存在。”王昕直言。
此外，一些企业粗制滥造生产的东西没有人要，到处忽悠，使得市场对石墨烯的认知模糊，而当不成熟的产品盲目投放到市场，会带有很大潜在风险，同样是以电池生产为例，使用安全性究竟如何仍需要不断测试。
产业化路径
在石墨烯产业化方面，国外大公司的推动力量尤为明显。以韩国为例，由于石墨烯在三星的主营业务领域均有着重大的应用前景，因此对于石墨烯的研究应用极为重视，不仅成立了自己的研发中心，还和韩国成均馆大学合作，积累了大批石墨烯相关的技术专利。
而在美国拥有IBM、英特尔、波音等大公司，有利的创业环境催生了众多小型石墨烯企业，形成了较为完整的产业链，覆盖从制备及应用研究到石墨烯产品生产，直至下游应用全环节，加速了石墨烯的产业化和应用进程，产业布局呈多元化。
在中国“企业+研发机构+孵化器+加速器”的发展模式尚在摸索起步阶段，石墨烯产业化技术路线和产业化路线及产业发展的阶段目标、重点任务、重大工程等仍需要进一步明确。
下游应用反馈到科研方面，下游应用商到底需要什么性能的产品，能够接受的价格是怎样，想要应用于哪些领域，科研机构才能更具针对性地进行研发。
“只有得到下游应用需求的支撑，石墨烯产业才能真正散发出生命力和可持续性。”王昕表示。
为什么石墨烯的时代还没有真正到来？
来源：中国经济导报，记者：郭丁源
石墨烯是世界最薄、最硬的材料，是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，其潜在用途有保护涂层、透明可弯折电子元件、超大容量电容器，还可以用于动力电池，业内认为这正是电动汽车能否取得跨越式发展的关键。正因为它的潜在用途极大，发现石墨烯的英国科学家凭此获得了2010年诺贝尔物理学奖。
因为看到了石墨烯作为新材料的优越性，世界各国都投入了大量的人力和财力推进其研发和生产。在我国，石墨烯产业近年来发展迅速，众多石墨烯产业园区以及创新创业平台不断涌现，带动产业规模不断壮大。然而，石墨烯发展存在许多瓶颈。
“国内石墨烯产业发展还比较粗放，雷声大雨点小，许多公司都号称有了引领时代的产品，但实际上目前根本还不能投入市场。”
科技部发展战略研究院产业科技研究所副所长陈志告诉中国经济导报记者，中国石墨烯发展的瓶颈主要集中在高质量石墨烯实现低成本制备、下游应用领域的开拓、石墨烯产业标准认证以及应用石墨烯材料特性的电子器件研发等。
“未来石墨烯产业发展，亟须加强产业链协同创新，使石墨烯材料研发制备环节与下游应用需求紧密结合。”陈志说。
粗放经营导致大量石墨资源浪费
石墨烯被人们逐渐了解，是从2010年才开始。随后数年，石墨烯制备技术研发不断升温。据统计，华丽家族、德尔未来、东北证券、中国宝安、中泰化学等上市企业已经通过收购、入股等形式进军石墨烯领域。
国家将石墨烯作为战略产业规划给了业内更多的期望。《中国制造2025年》明确提出，我国石墨烯产业到2020年将形成百亿元的产业规模，2025年将达到千亿元的产业规模。目前，江苏、重庆、宁波、青岛、德阳、河北、北京等地已在布局石墨烯产业。
然而，与上游研发热、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。
中国国际石墨烯资源产业联盟副秘书长赵猛日前表示：“石墨烯的投资像当年的造船、光伏，显得过热。”赵猛指出，在石墨烯的研究方面，当前我国有石墨烯相关企业、研究机构500多家，但主要作为添加剂使用，对传统产业进行修补，而欧美的研究则主要集中在光电器件、传感器、医药、环保材料等高端领域。
在今年举办的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委会副秘书长刘荣华则感叹道：“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、不稳定性等因素，从而导致其商业化应用推广进程缓慢。”
业内人士指出，我国有近千家石墨企业，由于各种原因，这些企业滥采乱掘、采富弃贫、粗放经营、管理水平低导致大量石墨资源浪费。科技部有关人士透露：“如果按照目前的开采方式和速度，最多20年，国内已探明的石墨资源将消耗殆尽，届时中国将从国外高价进口石墨，由石墨大国变成石墨贫国。”
同时，石墨烯也面临制备成本高、产能低的瓶颈。在人们的普遍认识中，石墨烯是实验室材料，昂贵的售价阻碍了它的普及。据了解，单层石墨烯1克售价曾达到上千元。宁波墨西科技相关负责人曾表示可以将石墨烯价格从1千元/克降到1元/克，但实际依然是理论数据。
陈志认为：“当一种石墨烯材料具备了好的特性，是否具有较高的导电、导热的特性，是否单片剥离，并且有几层的，都决定了此石墨烯产品是否是高品质的材料，价格也会有不同。目前来看，我国的技术研发并没有带来价格上的突破与优势。”
产业化还需加力
“目前资本市场将石墨烯捧成了‘上帝材料’，上市公司大都是处于亏损状态，石墨烯市场虚火过旺。”工信部赛迪研究院原材料工业研究所所长肖劲松认为。
9月18日，中国国际石墨烯资源产业联盟召开的研讨会上，诺贝尔奖获得者、曼彻斯特大学教授安德烈·海姆指出，“由于制备和应用技术制约，石墨烯目前还不能大规模产业化，但石墨烯产业化前景可期。”据中国石墨烯产业联盟的预计，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%，中国将在全球石墨烯产业中起到主导和核心作用。
“绝大部分成果还是处于实验室阶段，离投入产业还很远。”陈志说，按照硅材料产业的成熟周期为20年推断，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。
破局正迎来曙光。9月6日，中国首个石墨烯量产化基地在厦门投产，预计到2020年产能将达到5000吨，旨在全面改善石墨烯高价位低产能的状况。“未来3年，我们将增加投资1亿元，将研究所建设成为国家级石墨烯科研实验室，进行产业化应用的深入研究，打造全球石墨烯应用科研高地。”该产业基地投资商恒力盛泰执行董事长陈木成说。
2015年底，国家发展改革委、工信部、科技部三部门发布了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》（以下简称《意见》）。《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立，产品标准和技术规范基本完善，到2020年，形成完善的石墨烯产业体系，形成若干家具有核心竞争力的石墨烯企业，建成以石墨烯为特色的新型工业化产业示范基地。
对此，陈志建议，从国家层面加大政策扶持力度，形成整个行业的差异化竞争。“避免不同区域省市的低水平重复建设；对地方政府来讲，要引导石墨烯应用与当地产业规划相结合，形成产业链上下游集聚效应，不断拓宽产业应用面，完善产业园区的创新机制和创业服务；石墨烯创新企业要着力突破石墨烯材料的高质量稳定生产，构建示范应用的新领域新通道。”
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