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中美石墨烯產業發展的8大差異及其重要啟示

2018-11-13 11:25:26 作者：本網整理來源：賽迪智庫原材料工業研究所、新經濟導刊、《2018石墨烯技術專利分析報告》等分享至：

自石墨烯被成功制備以來，世界各國都掀起了“石墨烯熱”。從競爭行為層面看，美國和中國屬于世界第一梯隊，石墨烯產業表現出很強的競爭實力。我國天然石墨的儲量、國家對石墨烯的重視程度及石墨烯的產業化進程遠超美國。但與美國相比，我國石墨烯產業發展還存在偏低端化、標準制度不完善等諸多問題。本文主要通過闡述中國與美國石墨烯產業發展的8方面差異，發現我國石墨烯產業發展中存在的問題，并提出相應的對策建議，以期我國石墨烯產業能向高端、精準、質優的方向邁進。

一、中美石墨烯產業發展差異

1資源：依賴進口VS世界第三

美國：根據美國地質局統計數據，近年來美國官方并未公布天然石墨的開采數據，美國天然石墨消費主要依賴進口。

中國天然石墨儲量位列世界第三（數據來源：USGS,2016）

中國：由美國地質調查局數據顯示，全球石墨儲量 2.5 億噸，其中土耳其、中國、巴西的總儲量占世界儲量的85%以上，其中中國 5500 萬噸，占比 22.0%，位居全世界第三。

對比：我國具有明顯的儲量優勢。美國天然石墨儲量不多，依賴進口。

2心態：有序理性VS快追猛上

美國：相對淡定。并未將推動石墨烯技術研發提高到國家戰略層面上，研究項目也并不享受優先級的待遇。

中國：高度關注。政府出臺大量政策支持，地方設立諸多優先級的待遇，企業積極投入想要早分一杯羹。

對比：美國的石墨烯項目嚴謹而理性，僅以“石墨烯研究很重要”為由根本不予批準，倒逼研究者發揮更高的創造力；中國石墨烯產業發展環境相對寬松，成果很多，但多而雜，整體質量不高。

3概念：單層石墨VS石墨烯類

美國：石墨烯是單層石墨，其優良特性主要體現在單層結構上，隨著層數的增加，諸多優越性能都將降低。

中國：10層以下的都是石墨烯，包括單層石墨烯、多層石墨烯、氧化石墨烯等。

對比：目前國內實現量產的石墨烯多數是晶格缺陷較高、多層堆疊的石墨烯類產品，只能體現石墨烯的部分特性，并且缺乏統一的檢測標準。

4制備：“自下而上”VS“自上而下”

美國：主要采用“自下而上”的CVD 法和外延生長法。

CVD氣相沉積法過程示意圖

SiC外延生長法過程示意圖

中國：我國大多數石墨烯都是通過“自上而下”的氧化-還原法制備而成。

化學氧化還原法過程示意圖

對比：“自下而上”法制備石墨烯雖然制備成本較高，但制備出的石墨烯多為面積較大、質量較高的單層石墨烯；“自上而下”雖然成本低、可大規模生產，但制備出的石墨烯往往存在許多缺陷，也難以用于集成電路、芯片、傳感器、光電器件等領域。

5研究：基礎為主VS偏重應用

美國：科學界和產業界普遍認為，石墨烯目前仍以實驗室研發為主，尚不適合大規模產業化。

中國：急于將技術推向市場，加大產業化應用推廣。

對比：基礎研究為應用研究提供原始驅動力，需要資金支持，有可能“坐冷板凳”；應用研究在目標上考慮的是科研能否快速得以應用和贏得利潤，需要基礎研究的支持。基礎研究缺乏創新，應用研究便不可持續。

6專利：少VS多

石墨烯技術專利最早優先國家/地區分布

（來源：2018石墨烯技術專利分析報告）

美國：在檢索到的全球 51054 件專利（族）中，申請了美國專利的有 7652 件，約占15%。其申請者主要以IBM、沃爾貝克、美國納米技術儀器公司等大型跨國公司為主，重點布局于集成電路、晶體管、傳感器、信息存儲、增強復合材料等領域。

USPTO受理的石墨烯專利數量的年度變化趨勢

（來源：2018石墨烯技術專利分析報告）

中國：在檢索到的全球 51054 件專利（族）中，申請了中國專利的有 37521件，約占 73.5%，專利數量位居全球首位。集中于復合材料領域，其次為儲能、水/氣體處理、傳感器等領域。

我國受理的石墨烯專利公開數量年度變化趨勢（來源：2018石墨烯技術專利分析報告）對比：美國對石墨烯的研究早于中國，但近幾年的專利數量遠比不上中國。而且，近幾年，中國的石墨烯技術專利數量快速增長，美國在2015年以后反而有下降的趨勢，說明中國在石墨烯科研領域的熱度遠超美國，研究成果也遠多于美國。但由于美國具有嚴格的專利審核制度，專利的整體水平較高；而中國真正具有原創性和較大技術影響力的專利很少，有些重量輕質且缺乏系統性。

7應用：單層、高端VS復合、低端

美國：更多集中于單層石墨烯器件、電子信息和醫療健康等方面。

中國：側重于石墨烯復合功能材料領域的研發，比如儲能材料、涂料、改性纖維和熱管理材料等，其應用領域以儲能、保暖理療、重防腐等為主。

對比：相比之下，我國的應用領域及方向偏低端化。

8模式：集中VS分散

美國：已經形成一套較為完善的產業組織體系，研究機構、孵化器、大學技術轉讓辦公室、非盈利機構和企業等各個主體分工明確且協同有序。同時，政府堅持集中、持續性的直接投入，尤其對基礎性、戰略性、前沿性的研究，支持周期一般都在5年以上。

中國：針對石墨烯的“企業+研發機構+孵化器/創新中心”的發展模式尚處于摸索起步階段，研究投入也較為分散。

對比：相比較而言，美國的模式的可持續性更強。

二、對我國石墨烯產業發展的啟示

跟美國相比，我國有著豐富的石墨資源，國家高度重視石墨烯產業的發展，在產業化方面走在國際前列，這些都領先于美國。據不完全統計，全國各地有20多家在建或已建成的石墨烯研究院或產業基地，包括常州、無錫、北京、青島等先發城市，地方政府的相關財政資金也有望在未來幾年達到千億規模，已經初步形成以企業為主體、產學研結合的技術創新體系。

我國石墨烯產業基地空間分布格局

但是，在媒體、資本的熱炒下，石墨烯也呈現出產業化虛假繁榮的泡沫和低端化趨勢，市場化應用頻頻遇冷，遭到了人們的質疑。尤其是在基礎研究領域，我國跟美國還有差距。只有通過重新審視我國石墨烯產業發展方向和階段、以創新為驅動力邁向產業鏈中高端等一系列措施，才能在一擁而上的熱烈氛圍中保持清醒，真正做大做強石墨烯產業。

1.方向：重新審視和評估我國石墨烯發展方向和階段

一是把握國際研究的主流方向，在深入研究美國、歐盟、日本、韓國等國家的石墨烯發展策略、重點方向、研發布局等，對我國石墨烯的研發方向進行重新審視，避免方向的錯誤和偏差；二是將石墨烯重點研究方向與制造業強國戰略相統一，圍繞新一代信息技術、航空航天裝備、節能與新能源汽車、生物醫藥等重點領域發展需求，聚焦重點，從國家層面進行前沿性和戰略性方向、專利和產品的布局。

2.政策：遵循我國的階段性特征，加強頂層設計和政策指導

制定相應的發展戰略、規劃和路線圖，對各階段的發展目標、產業布局、重點企業培育、關鍵技術突破、下游應用行業、政策等進行統一部署，合理規劃產能和發展路徑，推進石墨烯差異化、特色化、集群化發展，避免低端同質化重復建設。

3.技術：推動制約產業發展的關鍵技術的突破

整合各類創新資源，建立國家級石墨烯創新中心，制定技術創新目錄和技術突破路線圖，對材料制備技術、清潔生產技術、下游高端應用等關鍵技術加強攻關。設立石墨烯產業基金，采用政策性財政支出和社會資本共同參與的模式，加快關鍵技術成果的轉化，尋找殺手锏級的高端應用領域、方向和產品。

4.標準：加快石墨烯標準體系建設

一是積極參與國際標準制定，熟悉。

二是盡快研究制定一批國家標準和行業標準，建立標準規范體系。包括相關產品定義、檢測和使用標準、行業規范條件，從產業布局、生產工藝與裝備、清潔生產、質量管理等方面加以規范。

5.人才：培育領軍型企業和人才

充分發揮產業政策和財政資金的引導作用，鼓勵社會資本參與，以培育具有國際競爭力的企業為目標，選擇少數真正有創新實力的企業進行重點培育，促進人才、資源、資本向優勢企業集中；加強企業高端人才隊伍建設，結合國家“千人計劃”和國際合作項目等，幫助優勢企業引進能夠帶來核心技術的高端人才或技術團隊，建立健全高端人才保障機制。

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責任編輯：韓鑫

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