石墨烯是21世紀最具顛覆性的新材料，在鋰離子電池、太陽能電池、超級電容器、傳感器、生物醫藥、復合材料、環保、柔性顯示、半導體行業等傳統領域和新興領域的應用都引起了巨大的變革。2004年，膠帶剝離高定向石墨制備單晶石墨烯方法的出現，開啟了石墨烯研究和產業化的新紀元。2008年以來，全球石墨烯相關論文和專利數量迅速增加。特別是2010年后，有關文章和專利數量更是呈井噴式增長。石墨烯具有卓越的性能、廣闊的市場前景和潛在的巨大經濟效益，吸引了眾多科研機構、企業及投資機構進入。我國石墨烯產業發展幾乎與國外發達國家同步，在某些領域甚至走在世界前列，但國內石墨烯產業鏈不成熟、下游應用環節未打通、市場需求有待培育、自主知識產權有待加強等制約產業發展的瓶頸問題突出。美國、日本、韓國、英國等國家的石墨烯產業發展各有特點，其研發和產業化的做法和經驗對加速我國石墨烯產業發展值得借鑒。

    一、全球石墨烯產業研發情況

    （一）研發政策

    新興技術的發展離不開政策的支持與引導。在2010年石墨烯發現者獲得諾貝爾物理獎后，全球科技界和工業界競相關注，各國政府也加大了對石墨烯研發的支持力度，爭搶石墨烯研發的競爭先機，搶占產業化制高點。在全球石墨烯大國中，美國、歐盟及其成員國、日本和韓國先后從國家戰略高度開展相關部署，出臺多項支持政策和研究扶持計劃，處于全球石墨烯研究與產業化的前列。

    表1：主要國家在石墨烯領域的相關政策及支持計劃

    （二）研發實力

    全球大約有80多個國家和地區開展石墨烯及其應用研究，主要有美國、中國、日本、韓國、英國、德國、法國、西班牙、俄羅斯、澳大利亞、馬來西亞、新加坡等國。

    從發表論文看：從1991年開始至今，全球共發表石墨烯相關SCI論文137690篇。其中，中國、美國、韓國和日本發表論文數量位居全球前四名，占比分別是34.2%、18.9%、7.5%和5.4%。特別是中國在2012年底，石墨烯相關論文數量超過美國，位居世界首位。

    從專利布局看：從1994年開始至今，全球共有12518件石墨烯相關專利。從技術原創國專利申請數量看，中國、韓國、美國、日本申請的專利量位居全球前四，占比分別是50%、14%、6%和6%。中國石墨烯相關專利量具有絕對優勢，韓國專利申請量遠高于歐洲國家，日本相關專利申請量僅次于美國，但英國相關專利申請量僅占全球的約1%，研發和產業化落后于日韓。從目標申請國專利申請量看，中國是專利布局的重點，其后依次是美國、韓國、WO、日本和歐專局。

    中國、韓國、美國、日本是石墨烯技術的主要原創地和保護地。從各原創國的技術申請范圍看，韓國、美國和日本都在積極進行專利全球布局；中國專利量雖然遠遠高于其他幾個國家，但是專利海外布局薄弱，亟待加強。

    （三）研發機構

    據不完全統計，全球有近300家公司涉足石墨烯研發，其中包括IBM、英特爾、美國晟碟、陶氏化學、通用、杜邦、施樂、洛克希德-馬丁、波音、諾基亞、三星、LG、日立、索尼、3M、東麗、東芝、華為、輝銳、深圳鴻海等。

    國外主要研發機構有美國麻省理工學院、康奈爾大學、哈佛大學、喬治亞理工、萊斯大學、羅格斯大學、普林斯頓大學、斯坦福大學、西北大學、哥倫比亞大學、賓夕法尼亞大學、加州大學河濱分校、加州大學伯克利分校、加州大學洛杉磯分校、勞倫斯伯克利國家實驗室、布魯克海文國家實驗室、德克薩斯大學奧斯汀分校、北卡羅萊納大學、圣母大學；英國曼徹斯特大學、劍橋大學、蘭卡斯特大學等；日本東北大學、東京工業大學、AIST、日本半導體能源研究所、日本國立材料研究所等；以及韓國首爾國立大學、慶熙大學、成均館大學、延世大學、蔚山科學技術大學、KAIST等。我國國內石墨烯研究機構主要集中在高校和中科院及一些石墨產品生產企業。據不完全統計，目前國內有80多所一流大學和研究機構涉足石墨烯研究。

    國外掌握了大量的石墨烯核心專利，在石墨烯產業化進程中扮演著重要角色。美國石墨烯產業布局比較全面，覆蓋了從石墨烯材料制備到半導體器件開發整個產業鏈。韓國在納米器件領域具有領先優勢，但在石墨烯制備方面的弱于中國和美國。日本在薄膜晶體管領域處于領先地位。其中，韓國三星、美國IBM、韓國成均館大學、韓國科學技術研究所、日本東芝公司、美國賴斯大學等的影響力較高。與石墨烯制備及應用相關的三大核心技術專利分別由美國普林斯頓大學、日本佳能公司和美國Zhamu Aruna教授擁有，并在大多數國家申請了專利保護。

    我國主要集中在石墨烯的bottom-up方法制備、石墨烯在鋰離子電池電極中的應用以石墨烯復合材料方面，在半導體器件方面實力弱，且研究多集中于科研院所而非企業，前者擁有大量的相關專利，但在企業層面卻只有深圳鴻海具有一定優勢，且專利數量遠遠落后于三星、IBM等國外企業，石墨烯研發過程中企業的主體作用亟待加強。

    石墨烯國外知名研發機構簡介

    圖1：石墨烯國內主要研究機構/科研帶頭人分布

    （四）研究趨勢

    2013年之前，石墨烯相關研究主要集中在制備領域，如氧化還原法、化學氣相沉積法等，2011年至2013年間制備技術專利占石墨烯專利申請比例達38%。隨著制備技術的完善與成熟，石墨烯專利申請不斷向下游應用拓展，并開拓出新的領域。2013年至2015年間，全球新增大量關于復合纖維、涂層、功能薄膜、水處理等新興領域的石墨烯技術專利申請，其中關于石墨烯基復合材料的專利申請幾乎翻一翻，而制備技術專利的申請比例降至約29%。

    二、全球石墨烯產業化情況

    （一）國家綜合競爭力

    2015年5月，國家金融信息中心指數研究院發布全球首個石墨烯指數，從競爭潛力、競爭行為和競爭績效三個維度綜合評價全球10個國家石墨烯產業的綜合發展實力，美國、日本和中國排名前三位，韓國、英國、德國和新加坡處在第二梯隊，加拿大、澳大利亞和巴西位于第三梯隊。從競爭潛力看，中國和德國具有巨大的競爭潛力，日本、美國、英國屬于第二梯隊。從競爭實力看，美國和中國表現出很強的競爭實力，日本、英國屬于第二梯隊。從競爭績效看，韓國、美國和日本的石墨烯研究深度和創新能力較強，英國、新加坡、德國和中國屬于第二梯隊。

    （二）相關企業概況

    目前，石墨烯處于產業化初期，主要應用在鋰電池導電添加劑、涂料、導熱膜等低端產品，預計全球所需石墨不會超過2000噸。

    不完全統計，業務涉及石墨烯的公司有近300家。國外一些公司已具備提供石墨烯的能力，但主要應用于試驗和應用研究，真正實現高端應用的較少，且相關企業的年產能大多不超過百噸級，并以石墨烯粉體為主。隨著政策支持力度加大、資本投入以及宏量制備技術的突破，未來5~10年，多數企業年產能將達到千噸級，少部分大型企業年產能有望達到萬噸級。目前國內的石墨烯企業多為處于成長期的中小企業，盡管企業數量初具規模，但龍頭企業數量不多、規模相對較小，制約著整個產業鏈的發展和完善。

    國外石墨烯主要生產企業有英國Applied Graphene Materials、Graphene Industries等，美國的Angstron Materials、Vorbeck Materials、XG Science、Carbon Science、Graphene Frontiers、CVD equipment等，韓國的Graphenen Square、三星電子等，以及日本東麗、東芝、索尼產研和信越化學等公司。

    （三）區域產業化概況

    美國擁有IBM、英特爾、波音等眾多大型企業，良好的創業環境也催生了眾多小型石墨烯企業，產業化和應用進展較快；其石墨烯產業布局呈多元化，已形成相對完整的產業鏈，覆蓋從制備及應用研究到石墨烯產品生產直至石墨烯產品下游應用整個環節。

    歐盟擁有諾基亞等大型企業以及眾多小型專業化石墨烯企業，對石墨烯技術的開發各有側重；歐盟各成員國從國家戰略高度發展石墨烯產業，政產學研通力合作，且資金支持力度大，但目前主要是從事石墨烯粉體、石墨烯薄膜、石墨烯復合材料制備，涉足下游應用的企業較少，未形成完整的產業鏈。英國有多家大型企業從事石墨烯開發及商業化推廣，同時涌現出眾多專業從事石墨烯研發的新興企業，來自政府的支持力度很大，其產業化和應用進程加快，但其產業格局與歐洲整體相似。

    韓國和日本石墨烯產業主要集中CVD石墨烯薄膜制備及其在電子器件領域中的應用。韓國石墨烯產業發展產學研結合緊密，主要集中在CVD薄膜宏量制備及其在半導體、觸摸屏、柔性顯示、可穿戴設備等領域應用。

    表：國外主要石墨烯企業產品及應用

    （四）產業發展趨勢

    石墨烯作為顛覆性新材料，市場前景廣闊，有望創造出巨大的經濟效益。全球各大研究機構紛紛對石墨烯市場前景和規模進行了預測：未來5~10年將是全球石墨烯產業的高速發展期，各行業對石墨烯的需求量不斷增加。對石墨烯的近期需求主要來自復合材料和涂層，集中在汽車、塑料、涂層、建筑、金屬、電池、航空以及能源和儲能領域。對石墨烯的中長期需求主要集中在電子和光電領域及儲能領域。

    表：石墨烯產業發展趨勢預測

    2013年9月，BCC Research預計2023年石墨烯將主要應用在以下5個領域：超級電容器、觸摸屏、結構材料、傳感器和高性能計算機，占石墨烯市場需求的79%。

    圖2：預計到2023年石墨烯應用領域

    2015年5月，Future Markets發布《2025年全球石墨烯市場》報告，指出石墨烯主要應用于半導體、電子和光電，電池、超級電容器等能源領域以及復合材料領域，占比分別為27%、19%和11%。

    圖3：預計到2025年石墨烯應用領域

    三、對我國石墨烯產業發展的啟示

    （一）制定國家級產業發展規劃

    當前，我國在石墨烯領域尚缺乏國家層面的宏觀規劃，與國外相比仍有較大差距。建議盡早制定國家層面的石墨烯產業技術路線和產業化路線，明確產業發展的階段目標、重點任務、重大工程、資金來源及政策措施等，確定合理的組織框架，推動材料、設備、工藝和應用并行發展，促進上下游的協調發展。

    （二）提升企業創新能力

    一是以企業為主體，實施“政產學研用融”協同創新，建立石墨烯國家重點實驗室或工程中心，鼓勵生產企業和應用企業交叉持股、戰略合作，設立聯合研發平臺，支持生產企業、研發機構和應用企業聯合承擔研發項目和科技成果轉化項目，突破石墨烯制備、應用和產業化技術瓶頸，加快科技成果轉化，打通石墨烯全產業鏈。二是石墨烯產業作為引領整個工業領域的材料革命的新興產業，不能遵循傳統內生式產業發展軌跡，引導企業開展產業組織創新，加快發展“企業+研發機構+孵化器+加速器”的發展模式。三是依托龍頭企業、科研院所等，加快建成一批石墨烯材料及器件技術創新平臺、產業轉化平臺及專利和標準服務平臺，提高石墨烯產業高端服務能力。

    （三）推動石墨烯應用發展

    石墨烯產業最大的瓶頸在于沒有形成完整成熟的產業鏈，研發制備企業和下游應用企業脫節，市場需求尚未全面打開。一是加快應用技術開發，鼓勵企業聯合科研院所、高校開展相關產品設計和技術研發，擴大石墨烯應用領域和市場。二是推進首批次產業化應用示范，扶持一批具有行業帶動作用的企業實現在重點需求領域的率先應用，構建與各類應用相適應的市場化運作機制，建成一批高水平示范項目。三是依托有關協會、學會、行業聯盟或企業，加快制定工藝標準、檢測標準，產品標準等，積極參與制定石墨烯國際標準，加快石墨烯標準國際化進程，將石墨烯研發優勢轉化為行業標準優勢，掌握產業發展的話語權。四是石墨烯應用技術多處于中試階段，市場前景不確定，一旦量產將引起價格下降，甚至技術擴散導致行業惡性競爭，必須建立健全行業規范，實現研發生產和商業化的有機融合。

    （四）加大資金支持力度

    國外在石墨烯發展過程中政府等給予了持續的資金支持，我國雖然通過國家自然科學基金已經陸續資助超過3億元用以石墨烯相關項目，但資助體量相比國外仍有提升空間，特別是在歐盟10年10億歐元支持石墨烯產業和國內石墨烯企業仍顯弱小的大背景下，我國應進一步加大資金扶持力度。一是在國家層面設立重大科技專項，出臺石墨烯產業發展專項行動計劃，進一步加大對石墨烯技術創新的支持力度；二是盡快出臺后續補貼和激勵政策，充分激發企業和市場積極性；三是大力發展符合石墨烯產業特征的金融產品和服務，支持天使投資、科技支行、科技保險、科技小貸等新型金融業態，制定和完善風險補償、基金扶持等政策；四是落實首臺（套）重大技術裝備保險補償機制，推動石墨烯生產首臺套裝備和首批次石墨烯的推廣應用。

    （五）加強自主知識產權建設

    一是加強石墨烯專利分析與戰略研究、知識產權保護機制研究，構建產業化導向的石墨烯專利池。二是支持具有自主知識產權的項目開發，鼓勵相關機構通過PCT途徑申請國際專利，加強海外專利布局。三是加強在Bottom-up途徑制備石墨烯、半導體器件應用、以及設備等技術領域的產學研合作和技術轉移，引導和支持設備專利和應用專利申請，形成規模化專利申請布局。

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org 

責任編輯：王元

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：ecorr_org@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414