中國粉體網訊 一個產業(yè)的興起必然要經歷六個階段：第一階段為技術概念期；第二階段為產品導入期；第三個階段為市場擴張期；第四階段為競爭并購期；第五階段為成熟調整期；第六階段為產業(yè)衰退期。
目前，石墨烯產業(yè)尚處于技術概念期，要真正進入產品導入期和市場擴張期，還有相當長的一段時間。但無論是學術界、產業(yè)界還是金融界對石墨烯產業(yè)都抱著樂觀態(tài)度，現(xiàn)從制備技術、應用技術、供求趨勢、區(qū)域發(fā)展以及各國家地區(qū)技術路線方面對石墨烯產業(yè)化發(fā)展進行分析及預測，以方便了解當前石墨烯行業(yè)的發(fā)展概況。
一、制備技術發(fā)展趨勢
目前，石墨烯的晶體質量與尺寸影響了其在許多領域的應用，根據特定的應用領域如何制備出高質量的石墨烯仍是研究的熱點。
石墨烯粉體材料制備都是從天然石墨出發(fā)，直接以石墨或膨脹石墨作為原料，主要的技術路線可以分為插層剝離法和氧化還原法兩大類。
由插層剝離方法獲得的石墨烯晶格缺陷和表面缺陷較少、導電和導熱性能優(yōu)異，但存在生產成本高以及針對特定應用場合的表面化學改性技術較為缺乏等問題。氧化還原法是目前公認的最具有規(guī)�；a前景的途徑之一，但制備的石墨烯缺陷相對較多、制備步驟也較繁瑣，技術還需要改進。
針對這一問題，毋偉教授帶領研究團隊在以液相剝離法制備石墨烯的基礎上，創(chuàng)新性地提出用石墨衍生物作為分散劑，采用高速水相剪切法來解決該過程效率低及規(guī)模制備難以放大等問題，建成了年產一噸的中試生產線，所得產品理化性能良好。
經中試驗證，可高效率、低成本、無污染地生產高純度石墨烯。經檢測，利用該技術生產的石墨烯產品質量優(yōu)質，平均層數7層以下，片的尺寸大于3微米。
石墨烯薄膜制備的主要方法是化學氣相沉積(CVD) 法。CVD法制備石墨烯主要是利用氣態(tài)碳源在高溫下分解后在基體表面上的催化生長制備得到石墨烯片層，主要分為熱CVD技術和等離子體增強的CVD(PECVD) 技術。
目前采用CVD法制備得到主要是多晶石墨烯薄膜，受其晶界的影響，其性能要遠低于單晶石墨烯薄膜，因此大面積單晶石墨烯薄膜的制備技術的開發(fā)也是未來發(fā)展的重要方向之一。
二、應用技術發(fā)展趨勢
最被市場和研究者看好的一項重要應用就是石墨烯替代炭黑等作為高端添加劑，應用于鋰離子電池、高分子復合材料等領域。
實驗證明，添加少量石墨烯導電劑即可在不增加過多成本的前提下，增加鋰離子電池的循環(huán)壽命，快速充放電性能，提高電池安全性等，有望改變鋰電池技術長期沒有突破的障礙。
另外2017年年底，三星電子宣布，開發(fā)出了一項石墨烯電池技術，該技術采用硅石來合成像三維爆玉米花一樣的石墨烯，然后將這些“石墨烯球”(graphene balls)用作先進鋰離子電池的材料。
三星官方公布的“石墨烯球”圖片
除鋰電池領域，2018年，在石墨烯復合材料領域，值得持續(xù)關注的是石墨烯防腐涂料和石墨烯紡織品。目前，石墨烯材料在紡織物上的應用開始商業(yè)化；石墨烯防腐涂料也已經實現(xiàn)批量出貨。隨著石墨烯價格的下降，石墨烯涂料會從現(xiàn)在的高端涂料市場向中端涂料市場滲透，從而進一步確認石墨烯涂料在石墨烯復合材料中的領先地位。
相關案例包括全球石墨烯行業(yè)領頭企業(yè)Directa Plus和Colmar合作推出的石墨烯增強纖維的滑雪夾克。在中國，南通強生凱瑞納的防火紡織物、深圳烯旺科技的石墨烯發(fā)熱智能服飾及家紡產品也受到關注。而深圳烯旺、濟南圣泉等企業(yè)的石墨烯服飾已開始在消費市場規(guī)�；N售。
第六元素的石墨烯防腐涂料已經在海上風力發(fā)電及海洋工程規(guī)模化應用，東莞鴻納、青島昊鑫等企業(yè)的石墨烯導電漿料已批量化供應給國內知名汽車及電池廠商。綜合來看，石墨烯防腐涂料和石墨烯紡織品應用值得關注。
三、供求趨勢預測
根據目前市場上石墨烯價格即對于未來五年石墨烯技術發(fā)展的中性預期，CGIA Research 預測，未來市場上的石墨烯價格和其生產成本會隨著其制備技術的不斷提升而不斷下降。
而隨著相關政策及資本的介入，未來5~10年全球從是石墨烯的企業(yè)產能大部分將達千噸級，促使石墨烯供給市場在追求規(guī)�；a量的同時確保石墨烯的品質，一些擁有雄厚資金和技術的大型企業(yè)將成為未來石墨烯市場的供給主力。
石墨烯具有廣闊的市場前景和巨大的經濟效益，近年來，全球各大研究機構也紛紛對石墨烯市場前景和規(guī)模進行了預測。
2014 年，AlliedMarketResearch 發(fā)布了石墨烯市場報告，預測全球石墨烯市場(材料水平) 在2020 將達到1.491億(149.1million) 美元，2014 年至2020 年間的復合增長率(CAGR) 為44.0%。與YoleDevelopments 預測的2024 年石墨烯市場達到1.41億(141million)美元相比，該預測表現(xiàn)的更為謹慎且樂觀。
石墨烯應用領域示意圖
2017 年，CGIA Research 發(fā)布了石墨烯產業(yè)研究報告，預測到2020 年全球石墨烯行業(yè)的市場規(guī)模有望達到1000 億元。期間受到全球石墨烯市場熱度和各國政策紅利的雙重影響，2015-2020 年間石墨烯的市場規(guī)模有望成倍增長。
其中，中國的石墨烯市場將占據全球石墨烯市場份額的50%-80%，成為全球石墨烯行業(yè)發(fā)展最強有力的推動力量，在全球石墨烯市場上占據主導地位。
四、區(qū)域發(fā)展分析
截止到目前為止，我國擁有石墨烯專利技術、從事石墨烯研發(fā)、生產、銷售、推廣等相關企業(yè)數量達到2000多家，其中已有成形石墨烯業(yè)務的企業(yè)數量超過500家。主營業(yè)務與石墨烯相關的企業(yè)有20多家，其中 10家企業(yè)在新三板完成融資，3家企業(yè)融資額突破億元。而主板布局石墨烯的相關上市公司達到40多家，其中真正投入石墨烯業(yè)務的有20多家。
目前，石墨烯行業(yè)數量以小型、初創(chuàng)型企業(yè)占比較多，中型、大型企業(yè)數量相對較少。
在利好政策和無限廣闊的應用前景面前，石墨烯在全國呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢。目前已初步形成“一核兩帶多點”的空間格局。
“一核”主要指以北京為核心，依托其獨有的研發(fā)資源，發(fā)展成為我國石墨烯產業(yè)的智力核心，基礎研究水平在國內遙遙領先。
“兩帶”是指東部沿海地區(qū)及內蒙古-黑龍江地區(qū)，充分利用資源、產業(yè)、人才、市場優(yōu)勢，促進產業(yè)聚集；
“多點”是指四川、重慶、湖南、陜西、廣西等的一些地區(qū)依托其資源、人才優(yōu)勢，發(fā)展石墨烯產業(yè)。
目前全球約有80多個多家和地區(qū)開展了石墨烯相關研究，紛紛出臺創(chuàng)新戰(zhàn)略、產業(yè)規(guī)劃、扶持政策等，并給予資金資助，不斷加大對石墨烯研究和產業(yè)化的支持力度，美國、中國、英國、日本、韓國、歐盟及其成員國先后從國家層面開展戰(zhàn)略部署，出臺多項扶持政策和研究計劃，處于全球石墨烯技術研究與產業(yè)化的前列。
總體來看，前期歐美等發(fā)達國家支持政策主要集中于石墨烯基礎研究，現(xiàn)階段各國的支持政策大多集中在石墨烯中游產業(yè)鏈上，以石墨烯功能器件的研發(fā)制造為主。而未來的5到10年，各國對石墨烯行業(yè)的支持政策大部分仍將會落在石墨烯中游產業(yè)鏈上。
與美歐日韓相比，我國石墨烯基礎研究項目的資助主要來自自然科學基金，據統(tǒng)計2007-2013 年間，中國國家自然科學基金關于石墨烯的資助項目達到了1096項。隨著國際石墨烯研究和工業(yè)化開發(fā)的進程，國內石墨烯研究和產業(yè)化進程逐漸展開，且在主要研究領域均有涉獵，整體接近國外先進水平，部分領域可處于領先水平并掌握了自主知識產權。
五、各國技術發(fā)展路線分析
1、歐盟
歐盟成員國目前將石墨烯產業(yè)的發(fā)展列入了國家戰(zhàn)略層面，從技術實現(xiàn)到資金投入，政府、大學、科研院所以及很多跨國企業(yè)均能通力協(xié)作。路線圖鑒定了11個科技主題，它們分別是：基礎科學、健康和環(huán)境、生產、電子器件、自旋電子學、光電子和光電子學、傳感器、柔性電子，能量轉換和存儲、復合材料和生物醫(yī)學設備。
路線圖時間表預測，旗艦計劃的10年時間，柔性電子、復合材料和能源領域方面的產品將接近市場。同時，也期待看到硅集成光子器件、傳感器、高速電子設備及生物醫(yī)學裝置的先進原型預計會出現(xiàn)。
2、韓國
韓國雖然不是材料強國，但在石墨烯產業(yè)的發(fā)展上絕對有很高的話語權，一是因為在石墨烯應用的一些重要領域，韓國占據了全球多半的產業(yè)資源，二是由于韓國近年確實在石墨烯各項技術研發(fā)和產業(yè)化方面做了不少的功課。
目前，韓國在各項技術實現(xiàn)和研究重點方面做了很多規(guī)劃，韓國關注的石墨烯應用方向及布局的重點技術分別如下圖。
3、中國臺灣
臺灣的石墨烯技術路線圖如下圖所示。2012~2013年完成石墨烯熱裂解制備開發(fā)及復合材料開發(fā)，并開發(fā)儲能組件、燃料電池結構件，高分子復合材料、觸媒、機械關鍵結構等用途；2014~2015年將完成石墨烯CVD法制備，并完成透明導電薄膜材料開發(fā)，成為全球綠色能源關聯(lián)產業(yè)價值鏈中的一環(huán)。
4、中國是墨烯產業(yè)技術路線圖
2016年，由中國石墨烯產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟組織國內石墨烯專家規(guī)劃了石墨烯產業(yè)技術路線圖。
其中，2015年-2017年，產業(yè)化發(fā)展重點集中于石墨烯原材料的可控制制備、石墨烯在能源、復合材料、熱管理、節(jié)能環(huán)保等領域產業(yè)化延伸，逐步形成系列的產業(yè)集群。同時，在基礎材料，石墨烯膜材料領域將取得較大進展。
2018年-2020年，產業(yè)化發(fā)展重點集中于石墨烯產業(yè)鏈的延伸及對不同領域的引領作用，通過石墨烯材料的開發(fā)，全面拓展石墨烯在能源、復合材料、節(jié)能環(huán)保、熱管理等領域的產業(yè)化產業(yè)集群。同時，逐漸拓展石墨烯在電子薄膜、電子器件等領域的產業(yè)化進程。
