石墨烯產(chǎn)業(yè)：現(xiàn)狀·問題·對策

肖勁松

石墨烯是由碳原子緊密堆積而成的二維晶體，是目前已知的最薄也最堅硬的納米材料，具有超薄、超輕、超柔韌、超高強度、超強導(dǎo)電性、優(yōu)異的導(dǎo)熱和透光性等特性，集透光性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、電子遷移率高、電阻率低、機械強度高等多種優(yōu)異性能于一身，在電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、儲能和傳感器等諸多領(lǐng)域有著廣闊而巨大的應(yīng)用潛能，是主導(dǎo)未來高科技競爭的超級材料，被稱為“黑金”“新材料之王”。自2010年兩位發(fā)現(xiàn)者獲得諾貝爾獎之后，全球就掀起了石墨烯制備、改性和應(yīng)用的研究熱潮，并被產(chǎn)業(yè)界、各國政府、國際知名大企業(yè)和公眾寄予無限的希望。

全球石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

一是各國紛紛布局石墨烯，搶占產(chǎn)業(yè)制高點。石墨烯作為一種新型的二維納米材料，因其優(yōu)異的性能在電子信息、新材料、新能源、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護等諸多領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛能和革命性變革，世界各國和跨國企業(yè)紛紛投入巨資加強石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，以期搶占產(chǎn)業(yè)制高點。目前，全球已有80多個國家投入石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)。美國、歐盟、日本、韓國等相繼發(fā)布或資助了一系列相關(guān)研究計劃和項目。特別是歐盟制定了石墨烯旗艦計劃，計劃投入10億歐元。全球石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)綜合實力最強的前三甲是美國、日本、中國。不僅如此，IBM、英特爾、陶氏化學(xué)、三星等國際知名跨國企業(yè)紛紛將石墨烯及其應(yīng)用技術(shù)作為長期戰(zhàn)略發(fā)展方向，而且還涌現(xiàn)出了大批專門從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的機構(gòu)和企業(yè)。

二是正處于概念導(dǎo)入期、產(chǎn)業(yè)化突破前期。實驗室成果和專利產(chǎn)品要成為商品，一般需要經(jīng)過5個階段：實驗室研發(fā)——實驗工廠（小試）——示范生產(chǎn)線（中試）——示范工廠——規(guī)模化生產(chǎn)，每個階段都不可或缺，并且都潛在著風(fēng)險，不可能一蹴而就，這個過程需要10年、20年，甚至更長時間。比如，硅材料歷經(jīng)了20多年、碳纖維持續(xù)了半個多世紀(jì)。從Gartner的技術(shù)成熟度曲線來看，石墨烯產(chǎn)業(yè)總體上正處于概念導(dǎo)入期、產(chǎn)業(yè)化突破前期，正從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化。目前以石墨烯粉末（體）為原料的低端產(chǎn)品，如功能涂料、復(fù)合材料、電極材料和結(jié)構(gòu)增強型材料等，雖然部分已初步產(chǎn)業(yè)化，但規(guī)模小、技術(shù)含量不高、附加值較低。而以石墨烯薄膜為原料的高端產(chǎn)品，如微電子材料和顯示屏薄膜材料等，或處于實驗室階段，或處于中試階段，短時間內(nèi)均難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。歐美等發(fā)達國家認(rèn)為，目前石墨烯技術(shù)成熟度還在1～4級，尚不適宜大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

中國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題

作為全球石墨烯研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化最為活躍的國家之一，中國高度重視石墨烯的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。上至國家領(lǐng)導(dǎo)人，下至地方政府、媒體、企業(yè)和普通老百姓都十分關(guān)注石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國家自然基金委、科技部、國家發(fā)改委、工信部等相關(guān)部委都高度重視石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用，不斷加大投入和支持力度。目前已經(jīng)有幾百家科研機構(gòu)和公司從事石墨烯材料及其相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)。中國石墨烯技術(shù)創(chuàng)新成果頻出，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展勢頭迅猛，走在世界前列。據(jù)統(tǒng)計，截止到2016年底，中國石墨烯專利申請量占全球的 68.2%，85%以上的理工科高校都有石墨烯相關(guān)的研究團隊，甚至一個學(xué)校就有10多個研究團隊。2017年，兩項石墨烯研究成果獲得國家科技進步獎。

不僅如此，中國從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)的企業(yè)數(shù)也是全球最多。截至2017年2月底，全國在工商登記注冊的石墨烯企業(yè)有2509家，僅2016年一年就新增457家。中國石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品上百種，但是得到市場認(rèn)可的寥寥無幾。資本市場也紛紛拿石墨烯進行炒作，一些投資機構(gòu)和上市企業(yè)紛紛進軍石墨烯領(lǐng)域。目前涉及石墨烯概念股將近40～50家。各地政府紛紛通過制定產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、建立產(chǎn)業(yè)園區(qū)、設(shè)立重點科技專項和產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)基金、建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、組建研究院和出臺扶持政策等措施，支持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展。據(jù)粗略統(tǒng)計，截至目前，全國石墨烯產(chǎn)業(yè)園區(qū)、研究院等多達37家；幾乎每個月都有1～2場石墨烯相關(guān)的會議、論壇等。

近年來，石墨烯也受到各種媒體的熱捧，關(guān)于石墨烯的各種報道鋪天蓋地，頻繁進入人們的眼球，充斥著“一片藍?！薄皫砣f億級市場”“顛覆性革命”“充電十分鐘，可跑1000公里”“全面代替硅材料”等言過其實、過分夸大石墨烯性能的標(biāo)題。

產(chǎn)業(yè)低端化發(fā)展苗頭初顯。與美、日、韓等發(fā)達國家相比，中國石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本處于產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈的低端，雖然資本界、學(xué)術(shù)界、媒體界等“熱情高漲”，但無法掩蓋上游材料生產(chǎn)企業(yè)盲目擴大產(chǎn)能、下游應(yīng)用集中在附加值低的產(chǎn)品、低端產(chǎn)能擴張過快、產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重等問題，已經(jīng)初步顯示出“低端化”發(fā)展的苗頭。主要表現(xiàn)在：專利“重量輕質(zhì)”。雖然中國石墨烯專利申請量超過全球申請總量半數(shù)以上，穩(wěn)居全球首位，但存在實用新型專利多、原創(chuàng)基礎(chǔ)專利少；國內(nèi)專利多、國際專利少；高校專利多、企業(yè)專利少的現(xiàn)象。下游“優(yōu)材低用”。目前下游應(yīng)用多集中在粉體（類石墨烯）領(lǐng)域，產(chǎn)品主要是石墨烯智能保暖理療暖貼、石墨烯發(fā)熱服裝、石墨烯織物等輕應(yīng)用，同質(zhì)化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，即將石墨烯作為改性添加劑應(yīng)用于涂料、復(fù)合材料、動力電池等規(guī)模大但對石墨烯的品質(zhì)要求并不高的領(lǐng)域，產(chǎn)品附加值不高，在晶體管、傳感器、柔性觸摸屏、可穿戴設(shè)備、環(huán)境治理等高端應(yīng)用領(lǐng)域偏少。環(huán)保“隱患猶存”。目前的制備技術(shù)普遍存在能耗、水耗大和工藝不環(huán)保等問題，對生態(tài)環(huán)境保護存在較大隱患。

面臨技術(shù)、市場、成本三大產(chǎn)業(yè)化制約瓶頸。目前，石墨烯雖然已經(jīng)走出了實驗室，但是大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍然面臨著很多制約因素。首先是技術(shù)問題。包括制備、分散、應(yīng)用和環(huán)保等關(guān)鍵技術(shù)和裝備都尚未突破。雖然目前石墨烯制備技術(shù)已經(jīng)有20多種，但規(guī)?；?、低成本、高品質(zhì)和大尺寸的宏量制備技術(shù)尚未取得實質(zhì)性突破，難以滿足工業(yè)化量產(chǎn)的需求。材料的分散技術(shù)，以及與下游工藝、工程化應(yīng)用相結(jié)合的技術(shù)等都還制約著產(chǎn)業(yè)化進程。

其次是市場問題。雖然目前各種應(yīng)用產(chǎn)品層出不窮、百花齊放，但是缺乏真正的高品質(zhì)、高附加值和體現(xiàn)石墨烯獨特性能的殺手锏級產(chǎn)品，絕大多數(shù)只不過是對傳統(tǒng)材料進行改性或者努力替代已經(jīng)成熟的材料，經(jīng)過改性后的材料性能提升并不明顯，或者石墨烯并不是非添加不可，個別甚至在添加之后出現(xiàn)不良后果，難以得到市場認(rèn)可。一些研究機構(gòu)或企業(yè)號稱取得了突破進展，也只不過是做出了樣品或?qū)嶒炇耶a(chǎn)品，根本沒有形成商品。目前大多數(shù)石墨烯生產(chǎn)企業(yè)還主要是給科研機構(gòu)或下游應(yīng)用企業(yè)提供石墨烯試用品。如果下游應(yīng)用市場沒有激活，石墨烯就很難產(chǎn)業(yè)化。

三是成本問題。目前大多數(shù)企業(yè)尚處于小批量生產(chǎn)的探索階段，還不能形成穩(wěn)定的規(guī)?；a(chǎn)能力，沒有資金的回籠；且企業(yè)前期的研發(fā)投入資金量大、周期長，應(yīng)用市場沒有打開，所以不論是材料本身，還是應(yīng)用產(chǎn)品的成本都很高，這都阻礙了石墨烯進一步走向市場。

此外，石墨烯產(chǎn)業(yè)化之路還存在其他一些障礙。比如，石墨烯在某些性能方面本身存在競爭性材料，如碳纖維、碳納米管、硅材料、石墨烯粉體等。石墨烯制備還存在著環(huán)境風(fēng)險。氧化石墨烯制備過程中需要大量的酸、堿，材料本身具有較強的穩(wěn)定性和極易擴散，對環(huán)境具有較大的風(fēng)險。石墨烯的標(biāo)準(zhǔn)缺乏，加之一些誤導(dǎo)，使得人們對石墨烯還存在認(rèn)知上的誤區(qū)，如片面夸大石墨烯的微觀性能、將“類石墨烯”石墨烯化（如將石墨烯、氧化石墨烯、石墨粉體等混為一談）、石墨烯必須依托石墨資源等。

推進中國石墨烯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的對策建議

國內(nèi)外學(xué)者和產(chǎn)業(yè)界都認(rèn)為石墨烯是一種新型的二維碳材料，看好其廣闊的應(yīng)用前景。中國有著豐富的石墨資源，國家高度重視石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面走在前列。但是，在媒體、資本的熱炒下，石墨烯也呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化虛假繁榮的泡沫和低端化趨勢，市場化應(yīng)用頻頻遇冷，遭到了人們的質(zhì)疑。如果人們被鼓噪起來的熱情和厚望遲遲得不到兌現(xiàn)或者幻滅，最終將導(dǎo)致石墨烯產(chǎn)業(yè)陷入納米、超導(dǎo)等材料的命運，狂熱之后是徹底的逃離、失望和不信任，這對石墨烯的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化將是致命的打擊。

石墨烯作為一種新材料，從發(fā)現(xiàn)到大規(guī)模應(yīng)用，是一個循序漸進的過程，不可能一蹴而就，需要遵循“料—材—器—用”的規(guī)律和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，更需要扎扎實實的不懈努力和鍥而不舍的創(chuàng)新精神、“工匠精神”。

第一，加強頂層設(shè)計和政策引導(dǎo)。

一是要重新審視和評估我國石墨烯發(fā)展方向和階段。深入研究美國、歐盟、日本、韓國等國家的石墨烯發(fā)展策略、重點方向、研發(fā)布局等，把握國際研究的主流方向，對我國石墨烯的研發(fā)方向進行重新審視，避免方向的錯誤和偏差。

二是將石墨烯重點研究方向與制造業(yè)強國戰(zhàn)略相統(tǒng)一，圍繞新一代信息技術(shù)、航空航天裝備、節(jié)能與新能源汽車、生物醫(yī)藥等重點領(lǐng)域發(fā)展需求，聚焦重點，從國家層面進行前沿性和戰(zhàn)略性方向、專利和產(chǎn)品的布局，而對于那些技術(shù)含量不高的產(chǎn)品、技術(shù)交給市場。

三是遵循相應(yīng)的科學(xué)規(guī)律和階段性特征，加強頂層設(shè)計和政策指導(dǎo)。制定相應(yīng)的發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃和路線圖，對各階段的發(fā)展目標(biāo)、產(chǎn)業(yè)布局、重點企業(yè)培育、關(guān)鍵技術(shù)突破、下游應(yīng)用行業(yè)、政策等進行統(tǒng)一部署，合理規(guī)劃產(chǎn)能和發(fā)展路徑，推進石墨烯差異化、特色化、集群化發(fā)展，避免低端同質(zhì)化重復(fù)建設(shè)。

四是加強專利的前瞻布局和質(zhì)量提升。加強石墨烯專利申請前的評估、細(xì)化專利鼓勵政策、建立完善公眾專利審查制度、加強專利授權(quán)事后審查等，提升專利質(zhì)量和水平；引導(dǎo)實力較強的研究院所聯(lián)合企業(yè)加強專利的前瞻性、系統(tǒng)性布局，尤其在半導(dǎo)體器件、醫(yī)療健康、環(huán)境領(lǐng)域（如海水淡化、污水處理等）、基因測序等高技術(shù)含量領(lǐng)域進行專利布局。

五是盡快研究制定石墨烯技術(shù)成熟度路線圖，對技術(shù)進行成熟度評價和重點企業(yè)技術(shù)成熟度、經(jīng)營狀況、產(chǎn)品銷售等進行評估，科學(xué)評判其產(chǎn)業(yè)化階段性和發(fā)展前景，避免盲目樂觀、過度炒作。堅決制止一蹴而就、急功近利和投機心理，樹立嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實、堅持不懈的“工匠精神”，引導(dǎo)媒體正確地宣傳。

第二，推動制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)的突破。

整合各類創(chuàng)新資源，建立國家級石墨烯創(chuàng)新中心，制定技術(shù)創(chuàng)新目錄和技術(shù)突破路線圖，對材料制備技術(shù)、清潔生產(chǎn)技術(shù)、下游高端應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)加強攻關(guān)。設(shè)立石墨烯產(chǎn)業(yè)基金，采用政策性財政支出和社會資本共同參與的模式，加快關(guān)鍵技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化，尋找殺手锏級的高端應(yīng)用領(lǐng)域、方向和產(chǎn)品。

第三，加快石墨烯標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。

一是加強國際交流合作。積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定，制定與國際接軌的石墨烯材料標(biāo)準(zhǔn)體系。二是盡快研究制定一批國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。包括相關(guān)產(chǎn)品定義、檢測和使用標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范條件，從產(chǎn)業(yè)布局、生產(chǎn)工藝與裝備、清潔生產(chǎn)、質(zhì)量管理等方面加以規(guī)范。三是加強對石墨烯領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制定工作的財政扶持，鼓勵有條件的企業(yè)和研究機構(gòu)參與制定工作，尤其是目前技術(shù)成熟度高、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用較為成熟的復(fù)合材料、防腐涂料、鋰離子電池等下游應(yīng)用領(lǐng)域，其標(biāo)準(zhǔn)的制定更要提高相關(guān)應(yīng)用企業(yè)的參與度。

第四，搭建政產(chǎn)學(xué)研產(chǎn)業(yè)發(fā)展平臺。

出臺扶植石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)政策，加強政策引導(dǎo)，營造良好的發(fā)展環(huán)境；加強技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)；鼓勵企業(yè)創(chuàng)新，加強企業(yè)與高校、科研機構(gòu)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)研結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系，聚焦重點產(chǎn)品，完善重點產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，刺激重點產(chǎn)品的市場需求，加快重點產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進程；鼓勵地方創(chuàng)立石墨烯專業(yè)園區(qū)，建設(shè)完善公共服務(wù)平臺，發(fā)揮專業(yè)園區(qū)在產(chǎn)學(xué)研合作中的載體作用，形成產(chǎn)業(yè)孵化培育體系，推動科研成果的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。

第五，培育領(lǐng)軍型企業(yè)和人才。

充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)政策和財政資金的引導(dǎo)作用，鼓勵社會資本參與，以培育具有國際競爭力的企業(yè)為目標(biāo)，選擇少數(shù)真正有創(chuàng)新實力的企業(yè)進行重點培育，促進人才、資源、資本向優(yōu)勢企業(yè)集中；加強企業(yè)高端人才隊伍建設(shè)，結(jié)合國家“千人計劃”和國際合作項目等，幫助優(yōu)勢企業(yè)引進能夠帶來核心技術(shù)的高端人才或技術(shù)團隊，建立健全高端人才保障機制。