石墨烯是新材料領(lǐng)域一顆耀眼的新星。由于具備眾多優(yōu)異的力學、光學、電學和微觀量子性質(zhì)，石墨烯有望在電子、新能源、高端制造、醫(yī)療等領(lǐng)域展開多種應用。未來下游應用市場有望達到萬億元級別，預計最先將應用于太陽能透明電極、散熱材料和觸摸屏等領(lǐng)域。

石墨烯目前處于產(chǎn)業(yè)化攻堅階段，在技術(shù)、工藝和產(chǎn)業(yè)鏈對接方面需要投入大量資源。產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵和難點是相關(guān)材料的制備、轉(zhuǎn)移技術(shù)和上下游產(chǎn)業(yè)鏈整合。美國、英國、中國、日本和韓國等國家的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)處于相對前列。

涉及石墨烯業(yè)務(wù)的上市公司較多，但均處于研發(fā)試驗或新涉階段，尚未對業(yè)績構(gòu)成實質(zhì)性影響。

新材料領(lǐng)域的重大突破

石墨烯是由單層碳原子構(gòu)成的六角形蜂巢晶格的平面二維材料，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各項物理性質(zhì)優(yōu)異。石墨烯的發(fā)現(xiàn)顛覆了凝聚態(tài)物理學界既往的二維材料不能在有限溫度下存在的觀念。

石墨烯具備眾多優(yōu)異的力學、光學、電學和微觀量子性質(zhì)，是目前最薄也是最堅硬的納米材料，同時具備透光性好、導熱系數(shù)高、電子遷移率高、電阻率低、機械強度高等眾多普通材料不具備的性能，未來有望在電極、電池、晶體管、觸摸屏、太陽能、傳感器、超輕材料、醫(yī)療、海水淡化等眾多領(lǐng)域應用，是最有前景的先進材料之一。

石墨烯材料分為兩類，一類是由單層或多層石墨烯構(gòu)成的薄膜，另一種是由多層石墨烯構(gòu)成的微片。石墨烯薄膜又分為單晶薄膜和多晶薄膜。其中單晶薄膜可以用于集成電路等電子領(lǐng)域，但是產(chǎn)業(yè)化尚待時日。而多晶薄膜有望在5-10年內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用，替代ITO玻璃用于制造觸摸屏（特別是柔性制造屏）和其他需要透明電極的領(lǐng)域。除了純石墨烯之外，另外還有很多石墨烯衍生物，未來也會有較為廣泛的應用。

總體而言，石墨烯應用領(lǐng)域?qū)⒅饕性陔娮印⑿履茉础⑸镝t(yī)療、高精度制造業(yè)、水處理等高精尖技術(shù)領(lǐng)域。

傳感器方面，納米傳感器尺寸小、精度高。原子級別的傳感器與普通傳感器相比，具備多種獨有的微觀性質(zhì)，顯著拓寬了傳感器的應用領(lǐng)域。納米傳感器可廣泛應用于生物、化學、機械、特種、特種等方面。納米傳感器主要包括納米磁敏傳感器、納米生物傳感器和納米光纖傳感器。納米傳感器尺寸主要取決于探針針頭大小，傳感器尺寸可顯著減小，同時感應時間大大縮短，滿足微觀高精度測量需要。隨著工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測的需要，納米氣敏傳感器的研發(fā)獲得了長足的進展，未來有望率先實現(xiàn)商業(yè)化應用。

目前已經(jīng)有用化學氣相沉積法在分散有催化劑的SiO2/Si基片上制得的單個的單壁碳納米管。此種碳納米管使得傳感器在復雜的氣體環(huán)境中具有選擇性，區(qū)分度和靈敏度較之傳統(tǒng)的傳感器顯著提升。

單壁碳納米管具有優(yōu)異的電子、機械、力學等性能，但是納米管制備一直是難點。實現(xiàn)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可控的制備是單壁碳納米管應用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，同時也成為碳納米管研究和應用發(fā)展的瓶頸。

石墨烯良好的電導性能和透光性能，使其在透明電導電極方面有非常好的應用前景。試驗證明，石墨烯比表面積高達2600平方米/克，導電性極高，且儲能效率是現(xiàn)有材料的近兩倍，是理想的電極材料。石墨烯在取代其他電極材料方面有廣闊的應用前景，即便是目前商用超極電容器使用的活性炭等材料，比表面積也不過1000-1800平方米/克，石墨烯的電學綜合性能顯著超越當前的各種材料。

傳統(tǒng)電極材料多采用ITO（銦錫氧化物）。銦元素價格昂貴，且較為稀有。行業(yè)正在尋找一種成本更低的材料以替代ITO。石墨烯以其獨有的導電透明性質(zhì)成為備選材料。采用石墨烯制成的透明電極，不僅具備傳統(tǒng)電極的導電特性，同時還可以彎曲折疊，在搭建過程中可與建筑構(gòu)成一體化，更加經(jīng)濟和實用。透明導電電極不僅應用于太陽能領(lǐng)域，同時還可應用在觸摸屏、液晶屏、發(fā)光LED和超級電容等多種光電領(lǐng)域。目前全球?qū)嶒炇覍⑹╇姌O應用至上述多類型產(chǎn)品，包括觸摸屏和超級電容。若能成功商業(yè)化，未來有望改變電子行業(yè)制造格局。

應用領(lǐng)域不斷拓寬

石墨烯是目前所知最薄、最強和導電性最好的材料。研究發(fā)現(xiàn)，通過建立三維堆疊多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的石墨烯能夠制成具備極為敏感的高效光伏設(shè)備，可以利用太陽能產(chǎn)生電力。未來有望采用石墨烯制成轉(zhuǎn)換效率更高的新一代太陽能電池。

從當前的研究進展來看，石墨烯不僅可以制成太陽能電池用的透明電極，同時還可以用作插入半導體層之間的中間電極。石墨烯最能發(fā)揮威力的領(lǐng)域是有機薄膜太陽能電池領(lǐng)域。在太陽能電池中使用石墨烯作為中間電極的優(yōu)點在于，石墨烯是透明的，而且與半導體層的相容性較高。

化學摻雜可以大大降低石墨烯面電阻并調(diào)整石墨烯的功函數(shù)，制成柔性更高的透明導電薄膜。石墨烯制成的透明導電薄膜，不僅具備導電、透明等太陽能轉(zhuǎn)換器件所必備的性質(zhì)，還具備金屬材料所不具備的柔性。同時，此種薄膜具備對中遠紅外線高透性質(zhì)，能顯著提升太陽能的轉(zhuǎn)換效率，是新一代太陽能電池的理想材料。當前多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為30%，理論上石墨烯太陽能電池有望將轉(zhuǎn)換效率提升到60%，未來太陽能電池有望實現(xiàn)小型化。石墨烯可以彎曲且透明，未來有望將石墨烯太陽能電池安裝在建筑物外墻，使太陽能用于日常照明和采暖等日常應用。

目前，在石墨烯光伏材料研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的廠商之一是富士電機。該公司正在積極開發(fā)采用石墨烯制成的太陽能電池透明導電膜。

石墨烯是新材料領(lǐng)域一顆耀眼的新星。由于具備眾多優(yōu)異的力學、光學、電學和微觀量子性質(zhì)，石墨烯有望在電子、新能源、高端制造、醫(yī)療等領(lǐng)域展開多種應用。未來下游應用市場有望達到萬億元級別，預計最先將應用于太陽能透明電極、散熱材料和觸摸屏等領(lǐng)域。

石墨烯目前處于產(chǎn)業(yè)化攻堅階段，在技術(shù)、工藝和產(chǎn)業(yè)鏈對接方面需要投入大量資源。產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵和難點是相關(guān)材料的制備、轉(zhuǎn)移技術(shù)和上下游產(chǎn)業(yè)鏈整合。美國、英國、中國、日本和韓國等國家的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)處于相對前列。

涉及石墨烯業(yè)務(wù)的上市公司較多，但均處于研發(fā)試驗或新涉階段，尚未對業(yè)績構(gòu)成實質(zhì)性影響。

2013年1月，歐盟委員會將石墨烯列為未來新興技術(shù)旗艦項目之一。該項目的研究范圍十分廣泛，其中石墨烯的制備是核心。歐盟委員計劃十年提供10億歐元資助，將石墨烯研究提升至戰(zhàn)略高度。

英國在之前投入5000萬英鎊支持石墨烯商業(yè)化應用之后，接著追加投資2150萬英鎊資助石墨烯研究項目，推進石墨烯商業(yè)化進程，并建立國家石墨烯研究所（NGI），該機構(gòu)有望成為世界領(lǐng)先的石墨烯研究和開發(fā)中心。

2002-2013年，美國國家自然科學基金會關(guān)于石墨烯的資助達到500項。重點方向包括復合材料、石墨烯電子器件、CMOS晶體管、存儲器件開發(fā)，生物傳感器和石墨烯制備等方面。同時，美國特種部及其下屬機構(gòu)特種高級研究計劃署開展多項石墨烯研究項目，重點開發(fā)更輕更小、更快和更高頻的電子器件。2008年7月，計劃署發(fā)布碳電子射頻應用項目，項目投資為2200萬美元。IBM研制出截至頻率高達155GHz的石墨烯晶體管，是碳電子射頻應用研發(fā)的里程碑。

2013年，密歇根理工大學成功研制三維石墨烯電極，有望替代鉑電極在太陽能中的應用。而馬爾拉大學開發(fā)出新型石墨烯納米復合材料，有望用作新型的吸附劑。

同年，索尼通過改進后的化學氣相沉積（CVD）法制作出約120mm×230mm的石墨烯薄膜，目標是作為透明導電膜。

我國也在加大對石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持，新材料“十二五”規(guī)劃為石墨烯產(chǎn)業(yè)明確了發(fā)展方向。

當前，我國在石墨烯基礎(chǔ)研究突出。2007-2013年間，中國國家自然科學基金會關(guān)于石墨烯的資助項目達到了1096項，特別是在2012-2013年間，有關(guān)石墨烯的項目急劇增加。重點項目包括：可見光響應的新型石墨烯、納米復合材料光催化處理有機污染物、新興碳基復合材料、鈦酸鋰-石墨烯負極材料可控及電化學性能研究、高效石墨烯/半導體納米結(jié)構(gòu)異質(zhì)節(jié)研究等。

2013年7月，在中國產(chǎn)學研合作促進會的支持下，多家機構(gòu)發(fā)起中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，目前中國石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)在無錫、青島、深圳和寧波建立了4個產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地。聯(lián)盟發(fā)起方中，除多家大學科研單位外，還包括多家上市公司。

從近兩年的我國專利申請情況來看，熱點領(lǐng)域主要集中石墨烯制備以及作為透明導電電極、晶體管半導體器件以及傳感器和復合材料等領(lǐng)域，這些也是石墨烯有希望最先產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)域，表明我國石墨烯產(chǎn)業(yè)處于第二階段，技術(shù)成長階段，我國石墨烯研究正從實驗室向產(chǎn)業(yè)化過渡。

根據(jù)中國知識產(chǎn)權(quán)網(wǎng)數(shù)據(jù)，截至2014年7月，中國有關(guān)石墨烯專利申請數(shù)量處于世界首位。不過，從專利保護區(qū)域分布來看，美國、日本、韓國等國家在世界其他主要國家都對其石墨烯專利申請了專利保護。而我國機構(gòu)雖然在專利申請數(shù)量上具有優(yōu)勢，但基本上以國內(nèi)申請為主，很少有對其石墨烯專利的國外保護。

作為頗有前景的高新技術(shù)材料，石墨烯有望在半導體、光伏、鋰電池、航天、特種、LED和觸控屏等領(lǐng)域帶來一次材料革命，一旦實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其市場規(guī)模有望達到萬億元級別以上。

不過，從實際情況看來，石墨烯產(chǎn)業(yè)化尚待時日，制造工藝不穩(wěn)定，成本居高不下，仍是石墨烯走向產(chǎn)業(yè)化的主要制約因素。從制造工藝來看，目前業(yè)內(nèi)通行的方法均有各自的優(yōu)勢和缺陷，產(chǎn)業(yè)技術(shù)路徑仍在探討之中。

目前開展石墨烯研究的主要是高校科研院所等研究單位和少數(shù)企業(yè)，研究力量比較分散，要盡快實現(xiàn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化，必須通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)學研協(xié)作，建立一條完整的石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)、應用的全產(chǎn)業(yè)鏈，打造公共科技服務(wù)平臺和測試平臺，優(yōu)化研究和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境。

多家公司加速布局

2013年初，中科院重慶研究院制成國內(nèi)首片15英寸單層石墨烯和7英寸石墨烯觸摸屏，未來可用于手機和電腦等電子產(chǎn)品。研究院制備15英寸銅箔襯底均勻單層石墨烯，并成功將其完整地轉(zhuǎn)移到柔性PET襯底和其他基底表面。

上海南江集團與中科院重慶研究院共同推進大面積單層石墨烯產(chǎn)業(yè)化項目，前期投資達2.67億元。石墨烯產(chǎn)業(yè)基地已成功落戶重慶，將力爭盡快建成首期生產(chǎn)線并投產(chǎn)，形成1000萬片石墨烯產(chǎn)能。

2013年5月，常州二維碳素科技、無錫格菲電子薄膜科技、深圳力合光電傳感聯(lián)合江南石墨烯研究院宣布，國內(nèi)首條年產(chǎn)３萬平方米的石墨烯薄膜生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。常州二維碳素科技率先將石墨烯薄膜應用于手機電容式觸摸屏，并實現(xiàn)4英寸石墨烯觸摸屏手機小批量生產(chǎn)。無錫格菲電子薄膜科技表示，公司計劃生產(chǎn)50萬件石墨烯手機觸摸屏，并計劃再融資1億元，擴大石墨烯手機觸摸屏生產(chǎn)規(guī)模。

二維碳素的核心技術(shù)是采用CVD工藝在銅基底上生長石墨烯薄膜的工藝。將甲烷（及輔助氣體）通入反應爐中，經(jīng)過1000攝氏度以上的高溫加熱，甲烷碳氫鍵斷裂，碳原子在金屬催化劑基底上形成晶核，進而形成多晶薄膜。

上市公司方面，中國寶安旗下的貝特瑞公司在2011年11月完成石墨烯中試線建設(shè)并投入生產(chǎn)，目前公司有關(guān)石墨烯的研究方向主要是在負極材料領(lǐng)域。

烯碳新材在2013年完成戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，從房地產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向石墨烯等新材料產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)了烯碳新材料的全產(chǎn)業(yè)鏈布局。根據(jù)公司烯碳產(chǎn)業(yè)集群的布局規(guī)劃，公司旗下產(chǎn)品包括資源類、應用類和科技類前沿產(chǎn)品。2013年公司完成戰(zhàn)略布局：置入海城三巖礦業(yè)有限公司40%股權(quán)；置入奧宇集團有限公司51%股權(quán)和黑龍江牡丹江農(nóng)墾奧宇石墨深加工有限公司51%股權(quán)；投資參股連云港市麗港稀土實業(yè)有限公司，基本完成石墨碳、耐火碳和活性碳之基礎(chǔ)產(chǎn)品布局。

早在2011年6月，金路集團與中科院金屬所簽署技術(shù)開發(fā)合同，雙方將在“石墨烯材料及其應用技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)”方面展開合作，金屬所負責具體研究開發(fā)工作，并提供產(chǎn)業(yè)化可行性報告；公司負責提供研發(fā)經(jīng)費，并組織相關(guān)團隊進行產(chǎn)業(yè)化及市場開發(fā)方面的工作。公司在研石墨烯透明導電薄膜、石墨烯基三維網(wǎng)絡(luò)散熱材料、石墨烯基動力電池項目。在石墨烯透明導電膜方面，金屬研究所能制備出4英寸的石墨烯透明導電薄膜。

2014年3月，金路集團發(fā)布公告稱，公司與金屬所前期的合作，主要包括石墨烯散熱材料、石墨烯功能涂層、石墨烯復合材料的制備技術(shù)與應用技術(shù)研發(fā)，石墨烯材料在電池中的應用技術(shù)研發(fā)，石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)材料應用技術(shù)研發(fā)等；2014年年度研發(fā)計劃包括：石墨烯在鋰離子電池、鋰硫電池、導電油墨以及防腐涂層中的應用研發(fā)。

中泰化學參股廈門凱納石墨烯技術(shù)有限公司35%股權(quán)。廈門凱納自2006年啟動石墨烯技術(shù)的研發(fā)，并于2010年5月正式注冊成立，成為國內(nèi)第一家專業(yè)從事石墨烯研發(fā)的企業(yè)，率先向國內(nèi)外提供高品質(zhì)的石墨烯相關(guān)產(chǎn)品。

7月15日，中泰化學披露廈門凱納石墨烯技術(shù)有限公司最新研發(fā)工作進展情況。根據(jù)廈門凱納與中泰化學項目組的研發(fā)工作計劃，項目組技術(shù)研發(fā)人員已于近日進駐公司研發(fā)實驗基地，開展石墨烯與PVC聚合相關(guān)試驗，試驗工作按計劃推進。廈門凱納共向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請了17項發(fā)明專利，其中被授予4項發(fā)明專利權(quán)；1項實用新型專利權(quán)。

近日，康得新公告，公司擬在張家港設(shè)立張家港康得新石墨烯應用科技，注冊資本1億元，為康得新全資子公司。公司經(jīng)營范圍為石墨烯新材料技術(shù)的研發(fā)應用，石墨烯相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售等。不過，公司表示，所涉石墨烯相關(guān)業(yè)務(wù)尚處于引進和投資階段，尚未對公司經(jīng)營業(yè)績構(gòu)成實質(zhì)性影響。