《2016年度石墨烯产业发展白皮书》正式发布

北极星储能网讯:1石墨烯产业发展概述

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是碳的多种形态中的基本结构，碳的其他形态为石墨、金刚石、碳纳米管、富勒烯。目前在能源产业，石墨烯可作石墨烯电池，备受储能产业人员关注。

2004年英国曼彻斯特大学的安德烈˙海姆教授和康斯坦丁˙诺沃肖洛夫教授，在实验室成功从石墨片中剥离出了石墨烯，证明了石墨烯可以单独存在，并在2010年荣获诺贝尔物理学奖，从此石墨烯走入大众的视野，在全球范围里掀起了石墨烯制备和应用的研究热潮。

石墨烯堪称超级的物理特性主要包括：

石墨烯的制备方法主要分为“自上而下”和“自下而上”两类方法。“自上而下”法是通过剥离石墨材料来制备石墨烯层，如微机械剥离法、氧化石墨还原法、碳纳米管轴向切割法、液相分离法；而“自下而上”法是通过碳原子的重新排列来合成石墨烯，如化学气相沉积法（CVD）、外延生长法、有机合成法等。

2全球石墨烯产业发展现状

2.1全球市场概况及预测

全球石墨烯市场可以分为两大类：即氧化石墨烯（GO）、石墨烯纳米片（GNP）和其他。其他类型的石墨烯包括碳化硅石墨烯、还原氧化石墨烯（rGO）等，每一种类型都有不同的特点和用途。其中，氧化石墨烯在全球市场中份额最高，紧接着是石墨烯纳米片。

氧化石墨烯是石墨烯的一种氧化形式，以粉末形式存在。当沉积在任意基板之后，氧化石墨烯可以转换为导体，从而可以制作导电膜、传感传感器、柔性电子设备和触屏等。低廉的成本和制作简单的特点使得氧化石墨烯是一种更受瞩目的石墨烯类型，氧化石墨烯的很多物理特性（例如拉伸强度、高弹性、良好的导电性等）使得其在很多领域都有很重要的应用，如医药、生物传感器、疾病检测、高分子材料、电池中的电子材料和纳米滤膜等。

和其他石墨烯类型相比，氧化石墨烯因为生产价格低廉因而在全球石墨烯市场中成长最快。随着对环保、稳定、无毒和柔性碳材料的需求的增长，石墨烯制造商在研发领域的投入也增加，以期能够生产出符合需求的石墨烯。

2014年和2015年，全球石墨烯市场规模估计分别为290万美元、336万美元。石墨烯正处于大规模产业化前夕，预计到2020年市场规模可以达到3.85亿美元。石墨烯将在散热材料，高性能计算系统(晶体管材料)，透明显示材料，超级电容器，锂电，传感器，结构材料等领域取得实际突破。到2025年，石墨烯市场规模将达到21.03亿美元。届时，超级电容器、结构材料、透明显示材料、高性能计算材料将释放更大的市场空间。

2.2全球石墨烯产业重点区域发展概况

①英国

英国是石墨烯的“诞生地”，但是相关研发和产业化却落后于中国、韩国、日本和新加坡等亚洲一些国家。

为改变这种局面，近几年，英国政府投入巨资加速石墨烯的研发。2011年，英国政府宣布投入5000万英镑（1英镑约合1.52美元）支持石墨烯研究，包括建立总投资达6100万英镑的国家石墨烯研究院；2012年12月，英国政府增拨2150万英镑用以资助石墨烯材料应用领域的研究；2013年英国政府联合欧洲研究与发展基金会共同出资6100万英镑在曼彻斯特大学成立国家石墨烯研究院，由两位诺贝尔奖得主领衔，该研究院预计于2015年初建成。2014年，英国政府联合马斯达尔公司宣布继续投资6000万英镑在曼彻斯特大学成立石墨烯工程创新中心，作为国家石墨烯研究院的补充，加速石墨烯的应用研究和开发，维持英国在石墨烯及其他二维材料方面的世界领先地位。英国财政大臣奥斯本称，英国政府将“致力于确保让英国的发现在英国做出名堂来”。

不仅如此，英国还涌现了众多致力于石墨烯生产和应用的公司，比如英国著名的体育用品海德公司已于2013年起推出了添加石墨烯的网球拍，诺瓦克˙德约科维奇等众多网球明星都在使用这款球拍。

②美国

美国作为科技强国，研发实力强，对石墨烯的研究投入开始较早，投入力度也相对较大。美国国防部高级研究计划署2008年7月就发布了总投资2200万美元的碳电子射频应用项目，旨在开发超高速和超低能量应用的石墨烯基射频电路。2006年-2011年间，美国国家自然科学基金关于石墨烯的资助项目有200项左右，涵盖了石墨烯研究和应用的各个领域。2014年，国家自然科学基金投入1800万美元、美国空军科研办公室投入1000万美元对石墨烯及相关的二维材料开展基础研究。

美国良好的创业环境也促使了众多小型石墨烯企业的诞生，产业化和应用进程相对较快。美国具有众多研发实力强劲的大型企业，如国际商业机器公司（IBM）、英特尔、波音等投入大量的科研力量进行石墨烯的研发。2012年，美国IBM公司成功研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路，使石墨烯特殊的电学性能彰显出应用前景，预示着未来可用石墨烯圆片来替代硅晶片。2014年10月，IBM研究人员发现石墨烯材料能大幅降低蓝光LED成本，而这种技术有机会催生高频晶体管、光探测器、生物传感器以及其他“后硅时代”组件，为此，该公司计划未来5年内投入30亿美元研究下一代芯片技术。

③欧盟

欧盟近年来对石墨烯的研发也投入较大。截至2011年，欧盟总共投入了约1.5亿欧元推动石墨烯的相关研发。欧盟现有50余家公司在开展石墨烯的研发、产业化以及应用的推进。除了政府推动的学术研究，许多工业巨头，如巴斯夫及拜耳公司等，也投入了相当的人力和财力加强对石墨烯相关应用的研发。

2013年1月，欧盟委员会更是将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一，计划10年内提供10亿欧元资助，将石墨烯研究提升至战略高度，旨在把石墨烯和其他二维材料从实验室推向社会，促进产业革命和经济增长，创造就业机会。该项目由瑞典查尔姆斯理工大学牵头、欧盟15个成员国的100多个研发团队组成，其中包括4名诺贝尔奖得主。

目前，在欧盟“第七框架计划（FP7）”下的过渡阶段（2013年10月1日至2016年3月31日）已经完美收官。这8项研究成果分别是：石墨烯神经元研究、石墨烯压力传感器、无摩擦石墨烯、石墨烯皮划艇、搅拌法生产石墨烯、石墨烯柔性显示屏、石墨烯光纤、石墨烯可充电电池。

作为欧盟的重要成员国，德国于2010年启动了石墨烯优先研究计划，包括38个研究项目，前3年预算经费为1060万欧元；德国联邦教研部也于当年投入了700万欧元资助相关研究，旨在加深对石墨烯性能的理解和操控，为新型石墨烯基电子产品奠定基础。2012年10月，德国慕尼黑工业大学的科学家成功制成石墨烯光电探测器，石墨烯制成的光电探测器能非常快速地处理和引导光电信号。

④韩国

韩国石墨烯相关研究与产业发展迅猛，这不但得益于韩国政府近年来不间断的支持，也得益于本国大型公司的巨大投入。韩国原知识经济部预计2012至2018年间向石墨烯领域提供总额为2.5亿美元的资助，其中1.24亿美元用于石墨烯技术研发，1.26亿美元用于石墨烯商业化应用研究。2013年，韩国产业通商资源部宣布整合韩国国内研究机构与企业力量推进石墨烯商业化发展，包括韩国科学技术院在内的41家研究机构将与6家企业形成石墨烯联盟，合作攻关，政府将在未来6年投入4230万美元，希望打造每年153亿美元的市场，形成25家全球领先企业。韩国注重保护和申请石墨烯专利，专利量居全球第三，仅次于美国和中国，远高于欧洲其他国家。

产业企业层面，韩国三星投入了巨大研发力量，保证了其在石墨烯应用于柔性显示、触摸屏以及芯片等领域的国际领先地位，在2011年研发出40英寸的石墨烯触摸屏面板。2014年，三星先进技术研究院与韩国成均馆大学联合宣布合成了一种能在更大尺度内保持导电性的石墨烯晶体，是一种可以用在柔性显示屏和可穿戴设备上的屏幕显示技术。韩国科学家也于去年11月宣布发明最新的石墨烯超级手机电池，可存储与传统电池等量的电量，但充电时间只需16秒。

⑤日本

日本作为碳材料产业最发达的国家之一，从2007年起就对石墨烯的开发进行资助。例如：日本科学技术振兴机构2007年就对石墨烯材料和器件的技术开发项目进行资助；经济产业省2011年实施的“低碳社会实现之超轻、高轻度创新融合材料”项目，重点支持了碳纳米管和石墨烯的批量合成技术。

除了日本政府的相关投入外，日本众多企业，如日立、索尼、东芝等投入了大量资金和人力从事石墨烯的基础研究以及应用开发，并取得了显著进展。日本索尼公司2012年就研发出了可以生成长度达120米的石墨烯的透明薄膜化学气相生长技术。