石墨烯在中國正成為“科技寵兒”，不少人期待這一“神奇材料”繼續書寫“科技改變生活”的下一個故事。作為一種技術含量高、應用潛力廣泛的碳材料，石墨烯也逐漸被應用于新能源開發中。

    2010年，石墨烯發明者獲得諾貝爾物理學獎。如今，中國已將石墨烯列為戰略前沿材料之一。在廣西，石墨烯的生產研究近日取得重大進展，廣西大學已掌握大批量生產粉體材料石墨烯的技術力量。

    石墨烯由六方蜂巢晶格排列的碳原子組成，僅有一個原子層厚度。目前，國際上石墨烯的常見制備方法包括機械剝離法、化學氣相沉積法、外延生長法、氧化石墨烯還原法……然而，記者近日在廣西大學可再生能源材料協同創新中心采訪時，中心主任、國際知名電化學專家沈培康提出，上述方法中沒有一種可以大批量生產粉體石墨烯。

    沈培康指出，目前世界范圍內能夠生產的主要是二維石墨烯材料，其合成成本高、工藝復雜、污染大，合成的石墨烯通常受范德華力或懸鍵作用的影響易團聚成石墨片，市面上的二維石墨烯粉體材料實質上是石墨片而不是石墨烯。石墨烯三維化是突破二維石墨烯片應用瓶頸的關鍵技術。

    在近年的科研中，廣西大學可再生能源材料協同創新中心發明了樹脂裂解法，這也是目前世界上極少數能大批量生產粉體石墨烯的方法。廣西在石墨烯制備技術上取得了突破性進展。

    在廣西大學石墨烯粉體生產小試基地，記者看到了制備三維石墨烯的設備。“我們的團隊利用前期處理的自摻雜樹脂材料，經過鎳做低溫石墨化催化劑，再用高溫燒結爐燒結烘干，就成了石墨烯粉體材料。”沈培康說，他們在制備石墨烯的過程中設置了氣體吸收裝置，沒有污染。

    目前廣西大學的小試基地可年產1.5噸粉體石墨烯，正在建設中的中試基地可年產15噸粉體石墨烯。

    記者在生產基地看到了幾個透明器皿裝著的黑色粉末狀物質，拿起來的手感非常輕。沈培康表示，三維石墨烯1L的重量不到100克，大多數結構為3至4層的石墨烯。

    研究人員還指出，用這一方法合成的三維多級孔自摻雜（氮、磷、硼等）類石墨烯材料具有其他碳材料包括商用石墨烯在內的碳材料不具備的性質，比如高比表面積、高導電性、自摻雜、多級孔結構等。

    沈培康等石墨烯科研人員認為，隨著石墨烯制備水平、應用技術水平的發展，石墨烯材料未來能夠應用在更多下游產品和領域中，包括超級電容器、鋰電池、觸摸屏、增強型復合材料等。

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    學術熱產業冷 專家建言“十三五” 設石墨烯專項規劃

    被譽為“新材料之王”的石墨烯備受市場關注。

    近日，工信部賽迪研究院原材料工業研究所所長肖勁松表示，建議“十三五”設立國家級石墨烯研發機構，建立若干國家級新材料創新中心，將石墨烯產業發展寫入國家“十三五”規劃；設立石墨烯發展專項計劃和專項基金。

    肖勁松介紹，石墨烯產業正處于概念導入期、產業化突破前期。整體上，還處在以研究為主的階段，產品大都處在實驗室階段，產業化進程相對較慢。按照硅材料產業的成熟周期為20年來推斷，石墨烯產業化成熟至少還需要5-10年。

    中國非金屬礦工業協會石墨專業委員會副秘書長、碳石墨全產業鏈電商平臺“石墨邦”創始人劉榮華表示，石墨烯已進入了產業化的黎明。調研發現，部分石墨烯企業2015年已經突破了千萬收入，今年有望突破億元收入。

    三大應用場景市場估值近300億

    劉榮華表示，在復合材料、鋰離子電池正極材料以及電子觸摸屏領域最有希望率先實現產業化。

    根據劉榮華對國內的石墨烯企業進行的調研了解，目前石墨烯在復合材料中比較明確的應用包括樹脂基復合材料、防腐涂料、汽車靜電底漆、石墨烯增強尼龍6塑料以及石墨烯EPS等。

    其中，在樹脂基復合材料領域，根據市場預測， 2015年國內樹脂產量達530萬噸。以千分之一的石墨烯添加量，100萬/噸計算，則年潛在市場規模為53億元。

    在防腐涂料領域，據市場預計， 2015年我國常規防腐涂料、重防腐涂料產量分別達到300萬噸和150萬噸左右，防腐涂料總產量達到450萬噸左右；到2017年或可達600萬噸。按千分之一的石墨烯用量，100萬元/噸計算，到2017年潛在市場規模為60億元。

    在汽車靜電底漆領域，2013年國內共需汽車涂料87萬噸左右，汽車漆市場在300-500億元。以百分之一的石墨烯用量，100萬元/噸計算，年潛在市場規模為87億元。

    在增強尼龍6塑料領域，隨著汽車工業對輕量化的需求越來越高，PA6工程塑料在汽車中的用量將會越來越多。2013年，全球PA6需求量約為460萬噸，以千分之一石墨烯用量，100萬元/噸計算，年潛在市場規模為46億元。

    其次，石墨烯在鋰離子電池市場上的潛在容量十億級別。石墨烯在鋰離子電池中的應用比較多元化，目前已經實現商業化的是用在正極材料中作為導電劑，來改善電極材料的導電性能，提高倍率性和循環壽命。

    劉榮華預計，隨著新能源汽車產量的迅猛增長，市場對于導電添加劑的需求也將呈飛速提升態勢。預計到2018年，石墨烯導電劑用量將達500噸，其在鋰電池導電劑材料中占比也將逐步提高。以目前導電漿料中約5wt%含量的石墨烯來估算，2018年對應的石墨烯導電漿料需求量在10000噸以上。

    “石墨烯也將成為理想的鋰離子負極材料。”劉榮華分析，硅作為鋰離子負極材料，其理論比容量高達4200mAh/g，但其在充放電過程中體積變化大，造成循環穩定性較差，而用石墨烯包覆硅材料（石墨烯改性硅基材料）能一定程度上緩沖它巨大的體積變化。

    根據EvTank的統計，2015年全球正極材料供應22.3 萬噸，負極材料11.1萬噸。合計約33.4萬噸。按單位電池材料使用百分之一石墨烯（實際用量可能會更高），50萬元/噸的價格計算，石墨烯在鋰電池領域每年潛在市場規模為16億。

    同時，石墨烯薄膜在柔性顯示領域開始大展身手。國內已有多家企業實現從柔性屏到多點觸控柔性屏的突破。以石墨稀材料技術制作的柔性觸摸屏可讓不規則或弧形的移動設備實現先進的多點觸控功能，如韓國三星和蘭石科技均宣布制成了石墨烯可折疊顯示器、常州二維碳素（833608.OC）實現了大規模石墨烯透明導電薄膜生產線的投產。

    據有關市場調研機構預測，2014年全球觸摸屏的市場需求為4000萬平米，2019年會超過8000萬平米，2024年超過1億平米。樂觀估計，2015年石墨烯薄膜潛在市場空間為21.6億。

    學術、資本熱，產業冷

    盡管石墨烯還處于產業化黎明前夕，但資本市場對此反應熱烈。華麗家族、德爾未來、東北證券、中國寶安、中泰化學等上市企業紛紛通過收購、入股等形式進軍石墨烯領域。

    肖勁松認為，目前資本市場將石墨烯捧成了“上帝材料”，但國內研究缺少有價值的、專業的研發成果，上市公司大都是處于虧損狀態，石墨烯市場虛火過旺。產業界的態度是“不見兔子不撒鷹”。

    根據肖勁松介紹，2011年以來，我國研究人員發表的論文總數和專利申請數量已經穩居世界第一位。到目前為止，中國申請石墨烯領域專利2200多件。據不完全統計，目前全國有80多所國內一流大學和研究機構涉足石墨烯研究。

    “石墨烯行業現在存在冷熱不均的局面，一是學術界、資本界、媒體的熱與產業界的冷；二是政府招商的熱與落地配套政策的冷；三是中國群眾式的熱和發達國家注重長遠的冷。”肖勁松表示。

    肖勁松分析，石墨烯產業化當前存在技術、市場以及成本三個主要問題，比如關鍵性技術尚未獲得實質性突破，下游應用領域研發落后，產業應用技術缺乏指導，前期研發投入資金量大且周期長等。

    此外，肖勁松建議，“十三五”期間國家應設立石墨烯發展專項計劃和專項基金將石墨烯確定為戰略性礦產資源；打通應用環節，形成上下游一體化的產業鏈條； 加快制定正確的技術路線和材料標準、應用標準等標準規范；做大做強采、選、冶一體的高科技龍頭企業集團，建立石墨烯產業基地；鼓勵和引導社會資本進入石墨烯產業領域。