2010 年的諾貝爾獎將一種新型二維碳納米材料——石墨烯帶入了人們的視線。石墨烯集合世界上最優質的各種材料品質于一身,被廣泛應用于電子、航天、光學、儲能、生物醫藥、日常生活等領域。正因如此,目前歐盟已投入10億歐元用于石墨烯的研究和產業化應用。韓國和英國分別投入3.5 億美元、5000萬英鎊進行商業化計劃。我國在石墨烯新材料產業化方面也正在發力。今年(2014年)10 月23 日,國家發改委、財政部、工信部共同發布《關鍵材料升級換代工程實施方案》,提出到2016 年,推動包含石墨烯在內的20 種重點新材料實現批量穩定生產和規模應用。此外,工信部等部門正在加緊研究“十三五”新材料規劃,石墨烯有望入選。各級政府也將石墨烯產業作為產業升級換代的突破口,紛紛成立石墨烯相關產業或聯盟。本文淺談將石墨烯產業在我國的發展現狀,希望能為各級政府提供決策參考。
我國石墨烯產業的起步較早,從2011 年成立第一家石墨烯企業以來,到2014年成立石墨烯企業或聯盟40 余家,圖1 中展示了中國主要石墨烯產業的分布情況。由圖可見,中國目前的石墨烯公司大多分布在東南沿海一帶,尤其是長三角區域。其次是四川盆地一帶和山東地區。此外在天津、山西、內蒙古也略有分布。長三角地區石墨烯產業的發展與其優越的地理位置、便利的交通、雄厚的經濟實力和政策扶持有關。例如,無錫市計劃在2015 年石墨烯及相關產業規模突破50億元,2020 年達到300 億元。寧波市計劃在三年內設立9000 萬的財政資金,并在10 年內打造千億級規模的產業特色群。此外,江蘇、內蒙古、山東等地相繼成立石墨烯聯盟,旨在促進政、企、產、學、研相結合,構建以石墨烯原材料、研發、制備、應用為主體的產業鏈。圖2 中顯示了石墨烯的產業鏈,本文中將以上下游產業的分布為例,淺談中國石墨烯產業的發展現狀和應用前景。
目前我國石墨烯產業大部分是處于下游的生產企業,且還處于中試階段(圖1 中所示的大部分企業)。能夠規?;慨a的石墨烯公司只有少數幾家,如常州二維碳素材料有限公司(30000 m2 石墨烯透明導電膜/年)、常州第六元素材料科技股份有限公司(100 噸粉體石墨烯/年)、寧波墨西科技有限公司(300 噸石墨烯/年)、重慶墨??萍加邢薰荆? 百萬條單層石墨烯膜/年)等。目前,越來越多的石墨烯公司正在進行或已完成中試,準備投入量產石墨烯。例如,2013年底,濟寧利特納米技術有限責任公司已完成中試,準備打造年產20 噸的石墨烯生產公司。2014 年9 月,寧夏國富石墨烯有限公司“年產30 噸粉體石墨烯生產線”項目順利通過驗收,準備投入生產。此外,現有的量產公司希望能進一步擴大規模,提高產量。例如,常州二維碳素材料有限公司希望能于今年年底達到200000 m2 石墨烯透明導電膜的年產量。常州第六元素材料科技股份有限公司預計2016 年可年產1000 噸粉體石墨烯。以常州第六元素材料科技股份有限公司為例,該公司于2014 年10 月成功上市,成為國內石墨烯行業首家新三板掛牌企業。綜上,作為新興產業,中國石墨烯下游產業的發展呈現出欣欣向榮、蓬勃發展的勢頭,與國際發達國家基本處于同步階段。
根據市場研究公司LuxResearch“評估中國的碳納米管與石墨烯發展”的研究報告,預期全球石墨烯納米顆粒的市場需求在2018 年時將達到1520 噸。然而,光是中國本身就足以滿足全球在2016 年以前的石墨烯納米顆粒需求。這標志著中國企業已經有能力參與到全球石墨烯市場的競爭,并在石墨烯的研究與制造方面取得較為領先的優勢。
然而,目前國內的石墨烯生產企業還沒有完全進入盈利模式,主要原因是應用市場不明。石墨烯的大規模生產促進和推動著石墨烯應用領域的研究和發展。目前國內石墨烯產品的研發公司有常州二維碳素材料有限公司、常州第六元素材料科技股份有限公司、寧波墨西科技有限公司、重慶墨??萍加邢薰尽⒌玛栂┨伎萍加邢薰?、濟寧利特納米技術有限責任公司等。這些企業同樣也是規?;慨a的石墨烯公司,主要集中在長三角地區、四川盆地和山東一帶。圖3顯示了長三角地區石墨烯產品的研發領域,是我們在長三角地區11 家公司的調研結果。由圖3 可以看出,目前石墨烯產品研發的主要應用領域集中在超級電容器、鋰離子電池、復合材料、透明導電電極、太陽能電池等方面。
2013 年12 月,由多家石墨烯不同生產環節的企業共同研發的全球首款雙層多點石墨烯觸控手機在無錫推出。該款手機由無錫愛維特信息技術公司研制,首批試產了兩千余臺,定價600 元/臺并在淘寶上銷售一空良好。公司將擴大生產規模,產銷量計劃升至數萬臺。常州立方能源技術有限公司2014 年1 月宣布建成中國首條石墨烯基超級電容器生產線,預計年產5 萬只、單體容量為3000 法拉第。圖4 中展示了愛維特石墨烯手機(a)和立方能源公司生產的石墨烯基超級電容器(b)。這標志著中國石墨烯從原材料到最終產品的產業鏈初步形成,并率先在柔軟手機觸屏和儲能領域有了重點突破。
隨著我國石墨烯產業鏈的初步形成,各石墨烯研究單位和企業在石墨烯的定義、性能、制備方法、檢測表征方法等行業技術核心問題上尚未形成共識,這對石墨烯產業的發展和乃至上下游企業間的交流造成了不可忽視的影響。因此,發布石墨烯產業標準,加速石墨烯標準化工作進展,就顯得尤其重要。截止目前,中國石墨烯標準化委員會秘書處所在的泰州石墨烯研究及檢測平臺共推出石墨烯企業標準19 項,涉及石墨烯原子結構及光學、電學、力學、熱學性能等多個領域。如何積極推動和促進從企業標準上升到國家標準甚至國際標準,是目前中國石墨烯產業發展的需求,需要各方面的積極參與和共同努力。
綜上所述,中國石墨烯產業從原材料到最終產品的產業鏈初步形成,整體呈現出欣欣向榮、蓬勃發展的勢頭。下游生產企業已經有能力參與到全球石墨烯市場的競爭,并在石墨烯的研究與制造方面取得較為領先的優勢。上游石墨烯產品率先在柔軟手機觸屏和儲能領域有了重點突破。在上下游的溝通方面共推出石墨烯企業標準19 項,涉及石墨烯原子結構及光學、電學、力學、熱學性能等多個領域。目前石墨烯產業發展的主要需求有:(1)面對石墨烯的其他應用領域,根據我國工業基礎和工業發展的需求,由簡入繁、因勢利導,有目的、有規劃、分階段,逐步推動石墨烯的商業化應用。(2)積極推動和促進有關石墨烯的企業標準上升到國家標準甚至國際標準。中國計量科學研究院以瞄準國際計量科學前沿,滿足國家科技、經濟和社會的發展及高新技術應用需要為目標,開展了大量的計量基礎性、前瞻性和綜合性的技術研究。竭誠希望能與眾石墨烯企業和科研單位通力合作,共謀發展,為國家標準的早日形成和石墨烯產業蓬勃發展添磚加瓦。
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