石墨烯是21世紀最具顛覆性的新材料，具有強度最高、韌性最高、透光率最高、重量最輕、電子遷移率最快、導電性最佳的優(yōu)異特性，借助“石墨烯+”戰(zhàn)略平臺，可以為一大批傳統(tǒng)材料的性能提升與應用拓展提供有力支撐，目前，石墨烯行業(yè)正處于從技術向商業(yè)演變的關鍵時期，大規(guī)模應用即將到來。

本文是工信部賽迪研究院針對國內(nèi)外石墨烯行業(yè)相關政策、技術、專利、市場等全方位、多角度的深度分析，具有很高的參考價值，下面我們一起去看看。

一、石墨烯技術突破

世界主要國家不斷加大研發(fā)支持力度，爭搶產(chǎn)業(yè)化制高點。

2010年石墨烯發(fā)現(xiàn)者獲得諾貝爾物理獎后，全球科技界和工業(yè)界競相關注，截止目前大約有80多個國家和地區(qū)開展石墨烯及其應用研究。近兩年來，石墨烯產(chǎn)業(yè)化方向逐漸清晰，石墨烯研發(fā)支持力度不斷加大。美國、歐盟及其成員國、日本和韓國等先后從國家戰(zhàn)略高度開展相關部署，出臺多項支持政策和研究扶持計劃。隨著“中國制造2025”國家戰(zhàn)略的出臺，石墨烯扶持力度加碼，國家、地方政府、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟通過多種手段支持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

總體上，前期世界各國的支持政策主要集中在石墨烯基礎研究；目前大多集中在石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈中游，以石墨烯功能器件研發(fā)為主；預計未來5到10年，各國對石墨烯行業(yè)的支持仍將集中在石墨烯中游產(chǎn)業(yè)鏈，以進一步加快石墨烯產(chǎn)業(yè)化。

表1推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的政策措施

眾多科研機構、企業(yè)紛紛進入，但國內(nèi)外差異顯著。

不完全統(tǒng)計，全球有近300家公司涉足石墨烯研究，包括IBM、英特爾、美國晟碟、陶氏化學、通用、杜邦、施樂、洛克希德-馬丁、波音、諾基亞、三星、LG、日立、索尼、3M、東麗、東芝、華為、輝銳、深圳鴻海等。

國外高校和企業(yè)掌握了大量核心專利，在石墨烯產(chǎn)業(yè)化進程中扮演著重要角色。韓國三星、美國IBM、韓國成均館大學、韓國科學技術研究所、日本東芝公司、美國賴斯大學等具有較高的影響力。

國內(nèi)相關研究主要集中在高校和中科院，有80多所一流大學和研究機構涉足石墨烯，但在企業(yè)層面只有深圳鴻海具有一定優(yōu)勢，且專利數(shù)量遠遠落后于三星、IBM等國外企業(yè)，石墨烯研發(fā)過程中企業(yè)的主體作用亟待進一步加強。另一方面，國內(nèi)研究多集中于bottom-up方法制備、在鋰離子電池電極中的應用以石墨烯復合材料方面，在半導體器件方面實力弱，產(chǎn)業(yè)布局亟待進一步優(yōu)化。

表2國外部分知名研究機構簡介

圖1國內(nèi)主要研究機構分布

石墨烯技術突飛猛進，世界各國加快專利布局。

2010年后，全球石墨烯相關論文和專利數(shù)量呈井噴式增長。根據(jù)切薩布魯夫技術生命周期理論，石墨烯產(chǎn)業(yè)仍處于技術成長期，且技術演化趨勢正由石墨烯制備工藝向具體應用領域轉變。從1991年開始至今，全球共發(fā)表石墨烯相關SCI論文137690篇。

其中，中國、美國、韓國和日本發(fā)表論文數(shù)量位居全球前四名，占比分別是34.2%、18.9%、7.5%和5.4%。從1994年開始至今，全球共有12518件石墨烯相關專利。從技術原創(chuàng)國專利申請數(shù)量看，中國、韓國、美國、日本申請的專利量位居全球前四，占比分別是50%、14%、6%和6%，中國石墨烯相關專利量具有絕對優(yōu)勢。從目標申請國專利申請量看，中國是專利布局的重點，其后依次是美國、韓國、WO、日本和歐專局。

從各原創(chuàng)國的技術申請范圍看，韓國、美國和日本都在積極進行專利全球布局，但我國專利海外布局薄弱，亟待進一步加強。從石墨烯專利技術申請領域看，2013年之前，石墨烯相關研究主要集中在制備領域，2011年至2013年間制備技術專利占石墨烯專利申請比例達38%。隨著制備技術的完善與成熟，石墨烯專利申請不斷向下游應用拓展，并開拓出新的領域。2013年至2015年間，全球新增大量關于復合纖維、涂層、功能薄膜、水處理等新興領域的石墨烯技術專利申請，其中關于石墨烯基復合材料的專利申請幾乎翻翻，而制備技術專利的申請比例降至約29%。

表3石墨烯相關標志性事件和成果

二、市場前景分析

石墨烯產(chǎn)業(yè)化方向明確，相關制備技術和應用技術亟待突破。

目前，石墨烯處于產(chǎn)業(yè)化初期，主要應用在鋰電池導電添加劑、涂料、導熱膜等低端產(chǎn)品。全球各國根據(jù)本國產(chǎn)業(yè)結構特點、技術優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)化資源制訂了不同的技術應用節(jié)點和路線圖，如歐盟石墨烯旗艦計劃技術路線圖、韓國石墨烯產(chǎn)業(yè)市場路線圖、《中國制造2025》石墨烯產(chǎn)業(yè)技術路線圖、中國臺灣石墨烯產(chǎn)業(yè)技術路線圖等，明確了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展重點、方向和路徑，已解決當前相關產(chǎn)品制備技術存在成本高、技術不成熟、產(chǎn)品不穩(wěn)定等問題，開發(fā)針對特定場合的多形態(tài)和特性石墨烯基材料的制備和結構調(diào)控技術。未來將重點突破以大規(guī)模、低成本、高質量、品質均一可控和多尺度為特征的石墨烯制備技術，大力發(fā)展石墨烯高精尖應用技術以及下游產(chǎn)品開發(fā)，不斷拓展石墨烯相關產(chǎn)品應用領域。

圖2歐盟石墨烯旗艦計劃技術路線圖

圖3《中國制造2025》石墨烯材料技術路線圖

石墨烯產(chǎn)業(yè)爆發(fā)點已經(jīng)形成，未來將爆發(fā)式增長。石墨烯已經(jīng)過了炒作熱期，企業(yè)已經(jīng)將注意力從石墨烯制備轉移到應用，產(chǎn)業(yè)爆發(fā)點已經(jīng)形成。當前，一些公司已具備提供石墨烯的能力，但主要應用于試驗和應用研究，真正實現(xiàn)高端應用的較少，且相關企業(yè)的年產(chǎn)能大多不超過百噸級。隨著政策支持力度加大、資本投入以及宏量制備技術的突破，未來5~10年，多數(shù)企業(yè)年產(chǎn)能將達到千噸級，少部分大型企業(yè)年產(chǎn)能有望達到萬噸級。

美國擁有IBM、英特爾、波音等眾多大型企業(yè)，良好的創(chuàng)業(yè)環(huán)境催生了眾多小型石墨烯企業(yè)，產(chǎn)業(yè)化和應用進展較快，產(chǎn)業(yè)布局呈多元化，已形成相對完整的產(chǎn)業(yè)鏈，覆蓋從制備及應用研究到石墨烯產(chǎn)品生產(chǎn)直至下游應用全環(huán)節(jié)。歐盟擁有諾基亞等大型企業(yè)以及眾多小型專業(yè)化石墨烯企業(yè)，主要從事石墨烯粉體、石墨烯薄膜、石墨烯復合材料制備，較少涉足下游應用，未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

英國有多家大型企業(yè)從事石墨烯開發(fā)及商業(yè)化推廣，同時涌現(xiàn)出眾多專業(yè)從事石墨烯研發(fā)的新興企業(yè)，來自政府的支持力度很大，其產(chǎn)業(yè)化和應用進程加快，產(chǎn)業(yè)格局與歐洲整體相似。

韓國和日本石墨烯產(chǎn)業(yè)主要集中CVD石墨烯薄膜制備及其在電子器件領域中的應用。

國內(nèi)石墨烯企業(yè)多為處于成長期的中小企業(yè)，企業(yè)數(shù)量初具規(guī)模，但龍頭企業(yè)數(shù)量不多、規(guī)模相對較小，制約著整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和完善。

表4國外主要企業(yè)情況

表6國內(nèi)主要企業(yè)分布

石墨烯市場前景廣闊，有望產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。全球各大研究機構紛紛對石墨烯市場前景和規(guī)模進行了預測。綜合國內(nèi)外各機構的分析結果，未來5~10年將是全球石墨烯產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展期，各行業(yè)對石墨烯的需求量將不斷增加。對石墨烯的近期需求主要來自復合材料和涂層，集中在汽車、塑料、涂層、建筑、金屬、電池、特種以及能源和儲能領域。對石墨烯的中長期需求主要集中在電子和光電領域及儲能領域。隨著石墨烯行業(yè)的深入發(fā)展，其應用領域將不斷拓展。

表7石墨烯市場預測

三、加快我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展

石墨烯研究是我國少數(shù)位于世界前列的科技領域之一，與國際先進水平相比具有發(fā)展快速、水平相當、國際同步、部分領先的特點。但國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈不成熟、下游應用環(huán)節(jié)未打通、市場需求有待培育、自主知識產(chǎn)權有待加強等制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題突出。為此，

制定國家級產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。當前，我國在石墨烯領域尚缺乏國家層面的宏觀規(guī)劃，與國外相比仍有較大差距。建議盡早制定國家層面的石墨烯產(chǎn)業(yè)技術路線和產(chǎn)業(yè)化路線，明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展的階段目標、重點任務、重大工程、資金來源及政策措施等，確定合理的組織框架，推動材料、設備、工藝和應用并行發(fā)展，促進上下游的協(xié)調(diào)發(fā)展。

提升企業(yè)創(chuàng)新能力。

一是以企業(yè)為主體，實施“政產(chǎn)學研用融”協(xié)同創(chuàng)新，建立石墨烯國家重點實驗室或工程中心，鼓勵生產(chǎn)企業(yè)和應用企業(yè)交叉持股、戰(zhàn)略合作，設立聯(lián)合研發(fā)平臺，支持生產(chǎn)企業(yè)、研發(fā)機構和應用企業(yè)聯(lián)合承擔研發(fā)項目和科技成果轉化項目，突破石墨烯制備、應用和產(chǎn)業(yè)化技術瓶頸，加快科技成果轉化，打通石墨烯全產(chǎn)業(yè)鏈。二是石墨烯產(chǎn)業(yè)作為引領整個工業(yè)領域的材料革命的新興產(chǎn)業(yè)，不能遵循傳統(tǒng)內(nèi)生式產(chǎn)業(yè)發(fā)展軌跡，引導企業(yè)開展產(chǎn)業(yè)組織創(chuàng)新，加快發(fā)展“企業(yè)+研發(fā)機構+孵化器+加速器”的發(fā)展模式。三是依托龍頭企業(yè)、科研院所等，加快建成一批石墨烯材料及器件技術創(chuàng)新平臺、產(chǎn)業(yè)轉化平臺及專利和標準服務平臺，提高石墨烯產(chǎn)業(yè)高端服務能力。

推動石墨烯應用發(fā)展。

石墨烯產(chǎn)業(yè)最大的瓶頸在于沒有形成完整成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，研發(fā)制備企業(yè)和下游應用企業(yè)脫節(jié)，市場需求尚未全面打開。一是加快應用技術開發(fā)，鼓勵企業(yè)聯(lián)合科研院所、高校開展相關產(chǎn)品設計和技術研發(fā)，擴大石墨烯應用領域和市場。二是推進首批次產(chǎn)業(yè)化應用示范，扶持一批具有行業(yè)帶動作用的企業(yè)實現(xiàn)在重點需求領域的率先應用，構建與各類應用相適應的市場化運作機制，建成一批高水平示范項目。三是依托有關協(xié)會、學會、行業(yè)聯(lián)盟或企業(yè)，加快制定工藝標準、檢測標準，產(chǎn)品標準等，積極參與制定石墨烯國際標準，加快石墨烯標準國際化進程，將石墨烯研發(fā)優(yōu)勢轉化為行業(yè)標準優(yōu)勢，掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展的話語權。四是石墨烯應用技術多處于中試階段，市場前景不確定，一旦量產(chǎn)將引起價格下降，甚至技術擴散導致行業(yè)惡性競爭，必須建立健全行業(yè)規(guī)范，實現(xiàn)研發(fā)生產(chǎn)和商業(yè)化的有機融合。

加大資金支持力度。

國外在石墨烯發(fā)展過程中給予了持續(xù)的資金支持，我國雖然通過國家自然科學基金已經(jīng)陸續(xù)資助超過3億元用以石墨烯相關項目，但資助體量相比國外仍有提升空間，特別是在歐盟10年10億歐元支持石墨烯產(chǎn)業(yè)和國內(nèi)石墨烯企業(yè)仍顯弱小的大背景下，我國應進一步加大資金扶持力度。一是在國家層面設立重大科技專項，出臺石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項行動計劃，進一步加大對石墨烯技術創(chuàng)新的支持力度；二是盡快出臺后續(xù)補貼和激勵政策，充分激發(fā)企業(yè)和市場積極性；三是大力發(fā)展符合石墨烯產(chǎn)業(yè)特征的金融產(chǎn)品和服務，支持天使投資、科技支行、科技保險、科技小貸等新型金融業(yè)態(tài)，制定和完善風險補償、基金扶持等政策；四是落實首臺(套)重大技術裝備保險補償機制，推動石墨烯生產(chǎn)首臺套裝備和首批次石墨烯的推廣應用。

加強自主知識產(chǎn)權建設。

一是加強石墨烯專利分析與戰(zhàn)略研究、知識產(chǎn)權保護機制研究，構建產(chǎn)業(yè)化導向的石墨烯專利池。二是支持具有自主知識產(chǎn)權的項目開發(fā)，鼓勵相關機構通過PCT途徑申請國際專利，加強海外專利布局。三是加強在Bottom-up途徑制備石墨烯、半導體器件應用、以及設備等技術領域的產(chǎn)學研合作和技術轉移，引導和支持設備專利和應用專利申請，形成規(guī)?；瘜＠暾埐季?。