石墨烯产业的发展现状、布局及趋势研究.docx
石墨烯产业的发展现状、布局及趋势研究根据工信部新材料产业发展指南，新材料主要包括先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料三大类。以国产化率为指标,新材料产业各细分领域可划分为四大阶段（导入期、成长期、成熟期、衰退期），我国新材料产业总体处于导入期和成长期，但先进半导体材料、石墨烯材料等，由于未掌握核心技术、产业链不成熟等因素，发展水平较低。其中，石墨烯虽处于发展导入期，但却是我国为数不多、几乎与国外发展同步的前沿新材料。图：中国新材料产业各个细分领域周期1、产业特征产业范畴。石墨是一种天然存在的矿物，由多层碳原子构成,每一层的碳原子以sp2杂化轨道形成蜂巢状的六边形晶格，层与层之间通过较弱的范德华力结合，为三维材料。石墨烯是从石墨中分离出来的、由碳原子以sp2杂化轨道组成单层六边形蜂窝晶格的二维碳材料。简单来讲，石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。石墨烯是目前已知最薄、最坚硬、导电性和导热性最好的材料，分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯、多层石墨烯。石墨烯石墨图：石墨与石墨烯形态对比产业链。石墨烯产业链上游为原材料及设备，原材料包括石墨、碳化硅、氢气、氢气、金属衬底等，设备包括CVD设备、刻蚀机、磁力搅拌机等；中游为石墨烯产品，可分为石墨烯粉体、石墨烯薄膜等；下游主要应用于新能源电池、电子信息、生物医学、复合材料、涂料等领域。图：石墨烯产业链制备工艺。石墨烯的制备主要包括“自上而下”和“自下而上”两种工艺。“自上而下”指的是以石墨为起点，从石墨中层层剥离，得到二维的微观石墨烯，是一个“由多到一”的过程；而“自下而上”是指从含碳化合物开始，利用高能量破坏掉化合物的化学键,使其中一个个的碳原子从中脱离出来后规则地聚集，生长成为石墨烯，是一个“由零到一”的过程。表：石墨烯制备工艺对比方诙罐本优劣劣劣自上而下法立化还法蛟低方法篙挚,毒度蛟低，通用于大Ia横产业化制唯以充分压原,导电性相近明性无法保证；存在污条何看液粗9«离法较低件畿石端电种软峭少利用杷Mig修，石提尺寸小.片Ig放冬”自下雨上法化学气10沉咽较工艺筒产出石建禽高,可大面IR生长诉本大现模量产曦度大外延生长法坡石端卷较易，尺寸与度可控苗条样的刻,需要得要仝度成本、敢塞低2、发展情况2015年，工业和信息化部、发展改革委、科技部联合发布关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见，明确提出将石墨烯产业打造成先导产业，助推传统产业改造提升、支撑新兴产业培育壮大、带动材料产业升级换代。据统计，截至2023年底，全国在工商、民政等部门登记注册的石墨烯单位已经达到17870家，数量居全球之首，涉及石墨烯全产业链各个环节。市场发展情况从产业链上游来看，石墨是石墨烯生产的主要原材料之一，中国石墨资源丰富，长期位居全球天然石墨产量第一。根据美国地质调查局公布的最新数据,2023年全球石墨产量为160万公吨。其中，中国石墨产量123万公吨，占全球产量的76.87%。从产业链中游来看，石墨烯粉体与薄膜为我国主要的石墨烯原材料产品，其生产规模与产品品质均已达到全球领先水平，其中石墨烯粉体占整体市场的90.7%,石墨烯薄膜占比达9.3%o截至2023年底，我国石墨烯粉体产能突破2万吨，石墨烯薄膜产能达到240万平方米。单位：亿元201920202021202220232024E从产业链下游来看，初步形成了以新能源、大健康、节能环保、电子信息、功能性涂料等为主的产业化应用领域。整体上，石墨烯市场规模不断扩大,从2015年的6亿元,增长至2023年的接近400亿元，年均复合增长率接近70%。500450400350300250200150100500图：2019-2024年中国石墨烯市场规模预测创新发展情况与其他国家相比，我国已经成为石墨烯研究和应用开发最活跃的国家之一，石墨烯的论文发表量和专利申请量均居世界前列，目前,我国石墨烯专利数量达到28万件，占全球总申请量的80%以上。近十年以来，我国石墨烯相关技术专利申请数量整体呈现从高速增长转向逐步趋缓的发展态势。5000070.00%4500040000350003000025000200001500010000500060.00ft50.00%40.00*30.00ft20.00%10.00%0.00»-IQ7HW%-20.00%2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年202理202/由请专利数图：20152024年我国石墨烯专利申请数量及同比数据来源：中国石墨烯产业发展蓝皮书（2024）截至2023年底，全国在石墨烯领域已建成（批复建设）6家国家级产业创新（服务）平台，批准筹建国家石墨烯产品质量监督检验中心、国家石墨烯产品质量监督检验中心（广东）、国家石墨烯产品质量检验检测中心（山东）、国家石墨烯材料产业计量测试中心（深圳）、国家石墨烯材料产业计量测试中心（北京）等5家国家级石墨烯检验检测平台，以及石墨烯领域唯一一家国家制造业创新中心一国家石墨烯创新中心（宁波）。3、区域布局我国石墨烯产业从最初的“一哄而上”逐渐发展到“特色集聚”,空间集聚趋势越发凸显。中国石墨烯产业发展蓝皮书（2024）将目前石墨烯的空间发展格局概括为“一心、一点、一带、一片”。“一心”：国家石墨烯创新中心（浙江省），是国内石墨烯领域唯一的国家制造业创新中心。“一点”：国内石墨烯技术创新高地-北京。该地区创新资源丰富，重点聚焦石墨烯基础理论及产业化应用研究，研发实力稳居全国首位，是打造国内石墨烯技术研发的重要引擎。“一带”：东部沿海地区产业带，主要包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东等东部沿海地区。该产业带已经成为全国石墨烯产业发展水平最高、产业生态最好的集聚区，集聚了全国53%的石墨烯企业，以及全国54%的专利，初步形成产业链上中下游协同发展的产业格局。“一片”：以四川、重庆为代表的石墨烯产业发展集聚区。该地区聚集了众多高校及较强实力的企业，未来在石墨烯产业领域具有较大的发展潜力。图：全国石墨烯产业空间集聚格局图数据来源：中国石墨烯产业发展蓝皮书（2024）4、面临的问题及发展趋势标准化建设需求日益凸显石墨烯作为新兴材料，其标准化建设对于推动行业的健康发展至关重要。自2016年底起，国家标准化管理委员会联合工信部等相关部门成立了石墨烯标准化工作组，致力于构建系统化的标准体系。目前已经形成13项国家标准、3项行业标准、37项地方标准以及100项团体标准，为石墨烯材料的分析检测与计量表征提供了基础框架。尽管如此，当前石墨烯标准体系仍存在不足，覆盖范围有限，亟须进一步完善以涵盖更广泛的产品和技术领域，并明确分级标准。以标准化建设为引领，助力提升石墨烯材料及其制品的质量控制水平，实现产业的整体优化与升级。产学研用深度融合仍待提高当前，我国石墨烯领域的产学研用合作仍处于探索阶段，缺乏规范的合作机制和完整的政策体系支撑，导致不同主体在责任划分和利益分配上不够清晰，协同紧密度缺乏，不仅影响了产业的研发创新，也增加了市场推广应用风险。为推进产业的高质量发展，可通过政府牵头构建产学研用合作平台，建立健全的产业链协同体系及研发合作机制，确保各环节之间的无缝对接和协同发展。同时,充分发挥国家石墨烯创新中心、产业联盟及第三方机构的作用，通过加强宣传引导，推动石墨烯技术从实验室走向市场的高效转化。稀缺性应用场景亟待挖掘尽管石墨烯具备诸多优异特性，其实际应用的推广却受到成本、规模化生产和环保挑战的限制。目前，石墨烯主要应用于润滑剂、导热膜、防腐涂料和保温材料等领域，但这些领域中通常存在性价比更高的替代方案。石墨烯常被形象地称为“万金油”式的添加剂和“工业味精”，这恰恰反映了其在实际工业应用中的复杂性和局限性。整体来看，随着石墨烯制备技术的成熟和产业应用的多元化,其发展正逐步从技术驱动转向应用驱动，未来的关键在于探索具有“杀手铜”级别的应用，深度拓展石墨烯在高端市场、方向和产品中不可替代性的应用场景。结语：纵观全局，石墨烯产业链面临着上游规模化制备技术亟需突破、中游产品品质参差不齐以及下游缺乏具有决定性影响力的应用等多重障碍，但其所蕴含的巨大潜力仍不可忽视。为迎接即将到来的大规模商业化机遇，我们应在基础科学研究、应用技术创新及产业发展策略上做好准备，力求在关键时机迅速占领市场战略高地。
