【2014年6月 嘉肯行业研究部】
第一节 石墨烯产品介绍
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元。 由于石墨烯是只有一个碳原子厚度的二维材料，此前石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。
它发现于2004年，并获2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯的单原子纳米结构赋予它许多无以伦比的独特性能，它是迄今发现的厚度最薄、强度却最高、结构最致密的材料，并拥有电学、光学、化学等卓越性能，激发了全球范围内的石墨烯研发热潮。
研发机构对其赋予了极大的展望空间，它或将成为高速晶体管、高灵敏传感器、激光器、触摸屏以及生物医药器材等多种器件的核心材料。
第二节 石墨烯产品性能
单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，约为0.335nm，是目前已知的最薄的材料，其拥有许多碳材料所不具备的特性：
导电性极强：石墨烯是能隙为零的半导体，其电子的运动速度能够达到光速的 1/300，远远超过其它金属导体或半导体的运动速度，也是已知的导电性能最强的材料。
超高强度：石墨烯是迄今为止强度最高的材料，硬度比莫氏硬度 10级的金刚石还高，同时拥有很好的韧性，可以弯曲。
超大比表面积：由于石墨烯的单层二维结构，使其拥有超大的比表面积，理想的单层石墨烯的比表面积高达2630m2／g，远高于普通活性炭的1500 m2／g，超高比表面积使石墨烯在储能材料的应用方面具有巨大的潜力。
高热导率：石墨烯的导热能力出众，单层石墨烯在室温下的热导率能达到5300W／(m·K)，是金刚石的5 倍。
高透光率：石墨烯有相当高的透明度，可以吸收大约 2.3% 的可见光。
第三节 对石墨烯产品再认识
1）常州二维碳素科技公司专家介绍，石墨烯薄膜生产与石墨产品关系很小。虽然石墨烯最早是从石墨中发现的，但目前主流研发工艺为石墨烯CVD法。CVD 法是目前应用最广泛的一种工业化制备半导体薄膜材料的沉积技术。产业化制备石墨烯薄膜主要是以甲烷、乙炔等含碳气体为原料。
2）石墨烯粉体虽然由石墨生产，但是对资源的耗费量很少，并不需要太多石墨。而且在石墨烯粉体的生产中，石墨所占成本不到1%，完全可以采用人工石墨替代。
3）石墨烯产品优异性能的真实应用价值。
石墨烯虽然有极强导电性、强度和导热性等特性，只是单原子厚度石墨烯的微观性能。这些特性在它的宏观性能可能就不具备优势。
如导电性，决定物体导电率的因素有两个：电子运动的速度和自由运动电子的数量，导电率与两者的乘积成正比。尽管石墨烯的电子运动速度是铜的600多倍，但是单原子层能携带的自由电子数量实在太少。石墨烯的导电率比相同面积的普通铜带导线要差很多，并不适合制造普通电缆、导线。石墨烯电子迁移率高的优势，主要适用于微电路。
在强度性能方面。石墨烯的厚度只有0.35纳米，即使是1毫米厚的钢板，也是石墨烯厚度的200多万倍。即使石墨烯强度较高，也要几千层石墨烯叠加在一起才相当于1毫米钢板所能承受的力量。然而，石墨烯一旦叠加大约超过10层，就会丧失大多数独有特性，重新变成石墨。因此，用石墨烯制造防弹衣、太空绳，这几乎不可能实现。
类似的还有导热性能。虽然石墨烯导热系数是铜的十几倍，但是石墨烯只有一个原子厚，这决定了石墨烯无法用于大型器件散热，而更适合极微小器件散热。
4) 石墨烯作为半导体替代材料设想也过于乐观
业内人士表示，目前石墨烯半导体还处于理论假设和概念宣传阶段。石墨烯的特性更接近于导体，目前通过掺杂实现石墨烯的半导体在学术理论中还有不小的问题。而氧化石墨烯虽然能够表现出半导体的特性，但性能差强人意。石墨烯成为硅半导体的替代材料在20~30年内难以实现。
第四节 中国石墨烯行业发展现状
1）国内石墨烯行业相关产品
目前国内市场中，出现的石墨烯相关产品主要有：石墨烯微片、石墨烯粉体和石墨烯薄膜。
石墨烯微片是从石墨晶粒中剥离出来的单层、多层或者氧化的石墨烯薄片，看起来就像是非常细的石墨粉体。
石墨烯粉体是从膨胀石墨、氧化石墨的技术路线发展而来，是石墨微片的升级产品。更薄且层数小于10个原子层的石墨微片，具有石墨烯的某些特性。当石墨微片原子层数小于5层时，则更多体现为石墨烯所具备的部分特性(除强度、透光性外)。
按照中国石墨烯产业技术创新战略联盟的标准，只有达到10个原子层以下的石墨粉体，才能被称为石墨烯粉体。
石墨烯薄膜又分为单晶薄膜和多晶薄膜（透明导电石墨烯薄膜）。目前国内常州二维碳素科技有限公司对外销售高导热石墨膜。据公司介绍该产品可与PET等其他薄膜类材料复合或涂胶，可裁切冲压成任意形状，适用于将点热源转换为面热源的快速热传导。
石墨微片，本质上仍属石墨范畴，并无石墨烯的奇特特性。据业内人士介绍：石墨微片是减薄后的石墨，厚度多在10层以上，横向尺寸在微米级别。石墨微片主要应用于锂电池领域，因为锂电池本身的负极就是石墨。石墨微片提纯的技术要求比较高，有一定的技术含量。
2）国内石墨烯行业发展政策与规划
石墨烯产业成为全球性研发热点，在中国，已经有多个城市将石墨烯列为重点支持产业。
2011年5月，常州市和武进区共同出资5000万元在西太湖科技产业园成立江南石墨烯研究院并同步启动常州石墨烯科技产业园建设，武进区明确将设立每年6000 万，三年不低于2亿元的“碳材料专项资金”，同时成立总规模不少于20亿元的创业投资基金，支持石墨烯产业链上的企业。
2013年无锡市发布石墨烯产业发展规划纲要（2013-2020年）
无锡结合国家《新材料产业“十二五”发展规划》，根据无锡市委市政府《关于加快建设“三地三中心”推进产业转型升级的意见》（锡委发〔2013〕29号），特制定本规划纲要，实施期为2013年至2020年。
宁波市于2014年5月发布《宁波市石墨烯技术创新与产业中长期发展规划（2014-2023）》，目标是在10年内将石墨烯产业打造成为具有千亿级产值规模的宁波优势与特色产业。
2013年，由清华大学、中国科学院金属研究所、中国科学院宁波材料技术与工程研究所等核心单位发起，联合国内从事石墨烯研发、产业化的22 家法人机构，在中国产学研合作促进会的支持下成立中国石墨烯产业技术创新战略联盟。目前中国石墨烯产业技术创新战略联盟正在全国布局4个产业创新基地，分别为无锡、青岛、深圳和宁波。
江苏、浙江、深圳、上海、山东、福建、辽宁、重庆、黑龙江与中科院等机构以多种形式协同创新，纷纷建立了产业技术联盟，促进了创新资源优化组合和创新产业化进程。 另外，青岛高新区将委托中国石墨烯产业联盟制定《青岛高新区石墨烯产业发展战略和实施方案》。
3）国内石墨烯产业化发展进程
石墨烯目前制造较为困难：单层石墨烯极不稳定，大尺寸较难制造，目前国内规模化生产15英寸产品还很困难；两层或多层石墨烯的特性则会发生改变，层数较多则特性与普通石墨无异。而目前大尺寸的石墨烯成品或其应用产品都停留在实验室阶段，离商业化生产还有较大的距离。
国内石墨烯研发、生产和下游应用相关企业多成立于2010年后，主要集中在江苏常州和浙江宁波一带，目前这些企业主要经营产品为石墨烯粉体、石墨烯微片。市场应用突破方向选择电子触摸屏领域。
表：国内石墨烯产业相关生产企业列表
| 编号 | 机构 |
成立时间 |
备注 |
1 |
泰州巨纳新能源有限公司 |
2010年7月 |
石墨烯技术研发 |
2 |
无锡力合光电科技有限公司 |
2011年1月 |
电容触摸屏 |
3 |
无锡格菲电子薄膜科技有限公司 |
2012年 |
石墨烯透明导电膜 |
4 |
宁波艾能锂电材料科技公司 |
2013年 |
|
5 |
常州碳元科技发展有限公司 |
2010年 |
高导热石墨膜 |
6 |
常州二维碳素科技有限公司 |
2011年 |
石墨烯复合材料 |
7 |
常州第六元素材料科技公司 |
2011年 |
石墨烯粉体 |
8 |
常州碳宇材料科技有限公司 |
2012年 |
石墨烯应用于生物领域研发 |
9 |
厦门凯纳石墨烯技术有限公司 |
2010年5月 |
石墨烯技术开发 |
10 |
宁波墨西科技有限公司 |
2013年 |
石墨烯粉体 |
11 |
江苏悦达墨特瑞新材料科技公司 |
2013年 |
石墨烯复合材料研发 |
12 |
重庆墨希科技公司 |
2014年 |
大尺寸石墨烯研发 |
13 |
常州立方能源技术有限公司 |
2013年 |
石墨烯储能 |
据业内人士介绍：石墨烯的应用最先的实现路径是替代手机触摸屏的ITO（氧化铟锡），这也是三星和诺基亚投巨资研发石墨烯的一个原因，“但是用实验室的CVD设备生产出的石墨烯，成本相对于ITO还是太高了”。
另外，大尺寸石墨烯产品规模化生产还存在技术障碍。
据业内人士介绍，目前国内只有个别企业能生产出15英寸石墨烯。多数还处于研发阶段。15英寸石墨烯约为0.1平米，1000万片即是100万平米。目前在该领域走在前列的公司是常州二维碳素科技有限公司。
对角线30英寸的石墨烯，目前在市场上还没有供应，若以重量记，也就是0.1毫克左右。价格非常昂贵。
至于12英寸左右的石墨烯技术在国内外多个实验室均可制出，国内多所大学都有该类实验室，12英寸的石墨烯在设备上的花费不贵，关键在大规模生产应用方面还没有形成。
harcoln.com
— 完 —
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