實(shí)驗室人員在展示15英寸單層石墨烯產(chǎn)品 石墨烯是人類(lèi)發(fā)現的第一種由單層原子構成的材料，也是目前已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，幾乎完全透明。由于其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來(lái)發(fā)展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管，被業(yè)界視為將引領(lǐng)多項產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵材料，在移動(dòng)設備、航天航空、新能源電池等領(lǐng)域擁有廣闊的應用前景。
自2004年面世以來(lái)，石墨烯技術(shù)專(zhuān)利申請量就呈井噴之勢，專(zhuān)利布局日趨成熟。2012年，全球石墨烯專(zhuān)利申請數量達1829件，同比增長(cháng)100%。
在得到高校和科研機構青睞的同時(shí)，石墨烯也獲得了政府政策資金的大力支持。2013年，歐盟將石墨烯選入未來(lái)新興旗艦技術(shù)項目，計劃未來(lái)十年投入10億歐元打造石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈;韓國政府投入42.3萬(wàn)美元成立石墨烯聯(lián)盟;中國也投入2.1億元推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)化。
但目前中國石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程面臨研發(fā)成果缺產(chǎn)業(yè)化平臺、高端應用缺技術(shù)、低端應用缺市場(chǎng)三重挑戰。
石墨烯產(chǎn)業(yè)的虛假繁榮
石墨烯自誕生之日起就受到資本市場(chǎng)追捧，甚至被認為將替代硅材料，從而開(kāi)啟全新的微電子時(shí)代。
這背后一方面源于石墨烯自身優(yōu)越的性能，另一方面是資本逐利的本質(zhì)使然。但實(shí)際上，中國現有的石墨烯產(chǎn)業(yè)化呈兩極分化現象，以石墨烯粉末為原料的低端產(chǎn)品，如功能涂料、復合材料、電極材料和結構增強型材料等，雖然部分已初步產(chǎn)業(yè)化，但規模小、技術(shù)含量與附加值均比較低。以石墨烯薄膜為原料的高端產(chǎn)品，比如微電子材料和顯示屏薄膜材料等，或處于實(shí)驗室階段，或處于中試階段，短時(shí)間內均不能實(shí)現產(chǎn)業(yè)化。
目前，國內能夠量產(chǎn)的石墨烯項目，大多并非真正的石墨烯，而是石墨烯粉體，一種不具備石墨烯薄膜優(yōu)良理化性能的“類(lèi)石墨烯”，并不具備前者最好的導電和導熱性、最堅硬的強度等特質(zhì)，一般只作為添加劑用于功能涂料、復合材料、散熱材料、電池等領(lǐng)域。
另一個(gè)現實(shí)的問(wèn)題是，現階段下，石墨烯投資與回報還難以成正比。石墨烯產(chǎn)業(yè)化背后的研發(fā)成本、生產(chǎn)成本、人力成本以及資源成本都很高。
例如，僅有寧波墨西科技可以將石墨烯粉末售價(jià)控制在每克一元錢(qián)，一臺生產(chǎn)石墨烯薄膜的化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)儀器售價(jià)高達數百萬(wàn)。對于復合材料、功能涂料和結構增強型材料等產(chǎn)值規模較小的領(lǐng)域，如果使用石墨烯，就可能存在投資與回報不匹配的現象。
資本市場(chǎng)將石墨烯過(guò)度渲染為引領(lǐng)第三次產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵材料，卻未對當前應用石墨烯的低投資回報率問(wèn)題給予重視甚至有意回避，導致現階段石墨烯的產(chǎn)業(yè)地位被夸大。
產(chǎn)業(yè)化三大短板
制約中國石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的因素主要包括三個(gè)方面：
其一，研發(fā)成果缺產(chǎn)業(yè)化平臺。現階段，中國石墨烯的研發(fā)主體為高校和研究機構，研發(fā)偏重于基礎科學(xué)而非實(shí)用技術(shù)，產(chǎn)業(yè)化主體則是企業(yè)，它更強調市場(chǎng)應用。高校、科研機構與企業(yè)之間缺乏合作溝通，企業(yè)和企業(yè)之間因為利益競爭，也不可能通過(guò)合作共促石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，因此研發(fā)主體和產(chǎn)業(yè)化主體之間，以及產(chǎn)業(yè)化主體內部均呈現出封閉式的“自產(chǎn)自銷(xiāo)”現象，導致石墨烯的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢，潛在市場(chǎng)需求不能充分挖掘。
在石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程發(fā)展較快的美國和韓國，其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化主體都以企業(yè)為主，各企業(yè)的研發(fā)部門(mén)通過(guò)建立聯(lián)盟實(shí)現技術(shù)共享，企業(yè)既掌握核心技術(shù)，又洞悉市場(chǎng)需求，從而可有效推動(dòng)石墨烯的研發(fā)進(jìn)程、研發(fā)成果轉化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。中國亟需建立連接研發(fā)主體和產(chǎn)業(yè)化主體的產(chǎn)業(yè)化轉換平臺，推動(dòng)研發(fā)成果向產(chǎn)業(yè)化應用轉化。
其二，高端應用缺技術(shù)。實(shí)際上，能夠體現石墨烯核心價(jià)值、打造萬(wàn)億級產(chǎn)業(yè)鏈的應用領(lǐng)域是半導體和微電子產(chǎn)業(yè)，屬于石墨烯的高端應用領(lǐng)域，同時(shí)也是對石墨烯生產(chǎn)工藝要求最高、尚不能實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域。
目前中國能夠克服高端石墨烯產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)瓶頸并掌握石墨烯規?；a(chǎn)技術(shù)的單位還微乎其微。中科院重慶研究院制備出的國內首片15英寸單層石墨烯，以及中科院上海微系統所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室用化學(xué)氣相沉積法制備出的鍺襯底單層石墨烯等研發(fā)成果，都因生產(chǎn)工藝不成熟導致生產(chǎn)成本高昂，也就無(wú)法實(shí)現低成本和規?；a(chǎn)。
常州二維碳素科技有限公司2013年投產(chǎn)的年產(chǎn)3萬(wàn)平方米的全球最大規模石墨烯透明導電薄膜生產(chǎn)線(xiàn)，也因未克服生產(chǎn)大尺寸單晶石墨烯薄膜的技術(shù)瓶頸，以及高昂的化學(xué)氣相沉積法的生產(chǎn)成本，導致下游生產(chǎn)商缺乏購買(mǎi)積極性。華為和中興等目標客戶(hù)普遍持觀(guān)望態(tài)度，并沒(méi)有將石墨烯透明導電薄膜正式應用于其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，因此也就無(wú)法形成規?；漠a(chǎn)業(yè)鏈。
其三，低端應用缺市場(chǎng)。對于石墨烯的低端應用，最大瓶頸仍在于缺市場(chǎng)，下游應用市場(chǎng)發(fā)展緩慢制約了石墨烯的推廣應用。
目前，還沒(méi)有一個(gè)應用領(lǐng)域可以實(shí)現石墨烯的規?；a(chǎn)。以動(dòng)力電池用石墨烯為例，寧波于2012年建成全球首條年產(chǎn)300噸的石墨烯生產(chǎn)線(xiàn)，并可以實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)用高容量鋰離子電池和高性能磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。但是，受我國現有電動(dòng)車(chē)的配套服務(wù)、基礎裝置等不健全影響，該產(chǎn)業(yè)鏈至今尚未完全市場(chǎng)化。
此外，石墨烯散熱器件是另一個(gè)技術(shù)門(mén)檻低、產(chǎn)業(yè)化前景好的應用領(lǐng)域，但由于石墨烯只有幾個(gè)原子厚，無(wú)法用于大型器件的散熱，因此下游產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)只能被局限在微小器件的散熱配件中?，F階段，一個(gè)年產(chǎn)量400公斤的石墨烯生產(chǎn)商，平均每年只能賣(mài)出200公斤，需求主要來(lái)自高校和研究機構，且采購量多以克計，不足以支撐石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
高端升級技術(shù)低端加快應用
中國石墨烯產(chǎn)業(yè)化之路不可能一蹴而就，需要逐步推進(jìn)。從宏觀(guān)上而言，要搭建政產(chǎn)學(xué)研用互促合作的產(chǎn)業(yè)化轉換平臺。
一是加強“政產(chǎn)學(xué)研用”合作創(chuàng )新體系建設，提升產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新能力和核心競爭力。出臺扶植石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策，加強政策引導，營(yíng)造良好的發(fā)展環(huán)境;整合高校和研發(fā)機構等創(chuàng )新資源，加強技術(shù)研發(fā)和人才培養，推動(dòng)石墨烯重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現突破;鼓勵企業(yè)創(chuàng )新，加強企業(yè)與高校、科研機構的緊密合作，成立企業(yè)技術(shù)中心，搭建產(chǎn)學(xué)研合作平臺，形成以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結合的技術(shù)創(chuàng )新體系。
二是鼓勵地方創(chuàng )立石墨烯專(zhuān)業(yè)園區，建設完善的公共服務(wù)平臺，發(fā)揮專(zhuān)業(yè)園區在產(chǎn)學(xué)研合作中的載體作用，進(jìn)而形成產(chǎn)業(yè)孵化培育體系，推動(dòng)科研成果的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
具體部署中，一方面，穩步進(jìn)行高端應用領(lǐng)域的技術(shù)升級?？梢詮娜齻€(gè)方向突進(jìn)，一要推動(dòng)單層石墨烯薄膜的研發(fā)進(jìn)程，實(shí)現高純度和無(wú)夾雜單層石墨烯的可控微操作，滿(mǎn)足下游半導體和微電子產(chǎn)業(yè)的研發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)要求，推動(dòng)半導體和微電子產(chǎn)業(yè)的改革升級，為即將到來(lái)的“后摩爾時(shí)代”進(jìn)行研發(fā)和產(chǎn)業(yè)儲備。
二需推動(dòng)石墨烯薄膜生產(chǎn)設備的研發(fā)進(jìn)程，降低化學(xué)氣相生產(chǎn)法的生產(chǎn)成本，突破技術(shù)瓶頸實(shí)現石墨烯薄膜的連續化和規?；a(chǎn)。
三則搭建薄膜領(lǐng)域研發(fā)主體和產(chǎn)業(yè)化主體的合作平臺，有針對性地穩步推進(jìn)下游廠(chǎng)商所需的石墨烯透明導電薄膜的研發(fā)進(jìn)程，突破大尺寸石墨烯薄膜的生產(chǎn)瓶頸，調動(dòng)下游廠(chǎng)商促進(jìn)石墨烯薄膜產(chǎn)業(yè)化的積極性。
另一方面，合理加快低端應用領(lǐng)域的市場(chǎng)化進(jìn)程。石墨烯電極領(lǐng)域要拓市場(chǎng)，重點(diǎn)要突破下游廠(chǎng)商所需石墨烯電極生產(chǎn)瓶頸，加快重點(diǎn)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。提高電動(dòng)汽車(chē)和電動(dòng)公交車(chē)等的市場(chǎng)認知度和接受度，建立健全電動(dòng)車(chē)的配套裝置設施，搭建平坦暢通的石墨烯粉末-石墨烯電極-超級電容(或鋰離子電池)的產(chǎn)業(yè)化通道。
同時(shí)，石墨烯粉末應用領(lǐng)域要重規劃。合理規劃現有產(chǎn)能和發(fā)展路徑，避免重復碳纖維和稀土產(chǎn)業(yè)那樣的盲目發(fā)展、產(chǎn)能過(guò)剩、淘汰落后的“三步走”老路。
還有要進(jìn)一步加快石墨烯粉末的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，加快相關(guān)企業(yè)從中試到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的轉化速度，淘汰小批量小作坊式的生產(chǎn)工藝，形成大規模生產(chǎn)，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，形成價(jià)格優(yōu)勢，刺激下游企業(yè)的購買(mǎi)和應用欲望。
對于功能涂料、散熱材料、復合材料等領(lǐng)域要重升級。應加強與科研機構、高校的合作，加快技術(shù)升級進(jìn)程，克服低投資回報率的障礙；搭建生產(chǎn)廠(chǎng)商、下游廠(chǎng)商和研發(fā)機構的合作橋梁，聚焦重點(diǎn)產(chǎn)品，完善重點(diǎn)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，刺激重點(diǎn)產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，加快重點(diǎn)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，努力打造石墨烯市場(chǎng)化的產(chǎn)業(yè)鏈。
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