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我国石墨烯产业应用与发展态势 石墨烯产业最新数据报告

近几年,我国石墨烯领域研发成果数量稳步增长,产业规模逐步扩大。石墨烯在下游市场的应用主要包括新能源、大健康、电子信息、节能环保、生物医药、化工、航空航天七大领域。目前,石墨烯对传统产业升级的带动作用日益显著,其区域集聚初步成形。

近几年,我国石墨烯领域研发成果数量稳步增长,产业规模逐步扩大。石墨烯在下游市场的应用主要包括新能源、大健康、电子信息、节能环保、生物医药、化工、航空航天七大领域。目前,石墨烯对传统产业升级的带动作用日益显著,其区域集聚初步成形。

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中国石墨烯产业技术创新战略联盟在2017年发布的团体标准T-CGIA001-2017“石墨烯材料的术语、定义和代号”中提到:石墨烯材料是由石墨烯单独或堆垛而成、层数不超过10层的碳纳米材料。石墨烯是人类已知强度最高、韧性最好、质量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。单层的石墨烯是由一层密集的碳六元环构成,它的厚度为0.335 nm左右,是目前为止最薄的二维纳米碳材料。由于其结构的独特性,石墨烯的各类性质也非常优异。

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我国政府高度重视石墨烯产业发展,发布了一系列相关政策进行系统布局,并将石墨烯列入我国“十三五规划”的165项重大工程。相关政策的实施对推动技术创新、支撑战略性新兴产业发展、加快走中国特色新型工业化道路具有重要战略意义。

近年,石墨烯产业发展势头迅猛,中国石墨烯产业应用领跑国际,上市公司表现抢眼,企业合作动作连连,产业格局初具雏形;企业合力打通终端渠道,应用市场遍地开花,石墨烯技术逐步“走近生活”;国家层面的政策引导、系统规划明显加速,产学研合作贯通产业链条,品牌竞争格局即将形成。石墨烯作为新材料产业的先导,在带动传统制造业转型升级,培育新兴产业增长点,推动大众创业、万众创新的作用越来越显著。

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2004年,英国曼彻斯特大学科学家Andre和KonstantinNovoselov在实验室中成功将石墨烯从石墨中分离出来,并因此共同获得了2010年诺贝尔物理学奖。2010年以后,石墨烯材料引发了全球范围内的研究热潮,石墨烯相关专利、论文数量迅速增加,至今热度不减。

通过对石墨烯中国专利、论文进行检索,共检索到石墨烯中国专利申请43988件,论文累计发表6万余篇,总体而言,我国石墨烯专利论文数量呈指数增长趋势。从专利论文趋势图可以看出,我国石墨烯专利的申请与受理始于本世纪初,从2009年开始,我国石墨烯专利申请数量一直处于快速增长态势。中国政府、科研机构以及相关企业近年来对石墨烯相关技术一直保持高度的重视,国内石墨烯研发的高潮持续不减。2016年石墨烯专利申请数量已达到12420件,2017年专利申请量略有减少为11430件。目前,石墨烯专利申请技术方向主要集中在:以石墨为原料制备石墨烯的技术及工艺;石墨烯在储能、涂料、传感器等领域的应用:CVD制备石墨烯及其转移技术。

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目前,我国石墨烯专利TOP 20的申请人中有16个来自高校和科研院所,4个来自企业。申请量前五位的申请人为:浙江大学(434件)、海洋王(424件)、深圳海洋王(404件)、清华大学(362件)、哈尔滨工业大学(330件)。海洋王、京东方、成都新柯化工是中国石墨烯专利TOP 20的申请人中的企业代表。海洋王照明从2012年开始在石墨烯制备、掺杂技术及在复合材料、超级电容器等领域展开布局;京东方在传感器、显示装置、有机电致发光器件、晶体管等石墨烯高端应用领域展开布局;成都新柯化工主要生产石墨烯微片,用于增强增韧材料、导电导热材料等。三家企业生产研发不同的石墨烯产品,在不同的石墨烯应用领域已展开布局。

据全球石墨烯产业战略研究院(CGIA Research)统计,2017年,我国石墨烯材料粉体产能达到3000吨,已经有数家企业具备了年产百吨以上的生产能力,如常州第六元素、宁波墨西、鸿纳(东莞)、青岛昊鑫、青岛德通、宝泰隆等;石墨烯薄膜产能约350万平方米。石墨烯粉体和薄膜材料在汽车、纺织、军工等工业和民生消费品上已经实现产业化应用。

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CGIA Research 通过数据库查询、实地调研等方式对石墨烯相关企业进行统计分析发现,近年来石墨烯相关企业数量急剧增加。截止到 2017 年 12 月底,石墨烯企业数量呈现快速上涨趋势。研究发现,近两年企业数量增加速度明显加快,2016 年净增 948 家,同比增长 33.91%;2017 年净增1041 家,同比增长 27.80%,2018 年石墨烯相关企业数量仍在迅速增长。目前涉及石墨烯相关业务的上市公司总数有 58 家,其中主营业务为石墨烯的上市公司共有 5 家。

截止到2017年12月31日,全国拥有石墨烯相关研发、设备、制备、销售、应用、投资、检测、技术服务的单位数量达到4800多家,经CGIA Research 筛选实际开展石墨烯业务的单位约2600多家。其中从事技术服务、销售、投资及检测的企业(机构)有1477家,占据近一半的比例,从事石墨烯相关研究的研发机构有217家,设备和制备的企业(机构)有340家,下游应用方向的企业数量为623家。

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近年,中国石墨烯产业化应用取得了一定进展,上下游产业链已初步打通、下游应用领域不断拓展,产品标准和技术规范逐步完善,据 CGIA Research 统计,石墨烯市场规模从2015年的6亿元、2016年的40亿元,直到2017年增长至70亿元。其中石墨烯在新能源领域的市场规模达到 50 亿元,石墨烯涂料市场规模达到 8 亿元,复合材料和大健康产业均达到 5亿元,节能环保和电子信息领域均达到 1 亿元,石墨烯产业呈现出快速发展趋势。石墨烯应用领域市场规模占比如图 4 所示。

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中国石墨烯产业主要集中在提升传统产业方面,目前石墨烯对传统产业升级的带动作用日益显著,尤其是在涂料、轻量化材料、橡胶轮胎、LED散热材料等方向的应用有突破性进展,石墨烯以“工业味精”的形式添加到各种传统材料以提升传统材料的性能。青岛瑞利特新材料科技有限公司研制的抗甲醛和杀菌智能内墙涂料已经投入市场。该智能内墙涂料采用具有甲醛分解性能的石墨烯纳米复合材料,结合光催化的原理,通过吸收可见光光能达到分解空气中游离甲醛的目的,并且具有抗菌效果。东旭光电发布石墨烯散热大功率LED模组,相比传统LED灯具,它的节能效率提升20%,散热器体积减少3/4,重量减少2/3。

石墨烯在新兴产业的应用主要是在新能源、电子信息、生物医药等领域,充分发挥石墨烯高导电、高导热、高强度等优异性能,“烯”的作用越来越显著,2017年石墨烯在新能源和电子信息领域的市场规模分别为40亿和1亿元。南京百杰腾物联科技有限公司利用石墨烯体系导电油墨的特性,做出防伪、防撕、无法重复使用的RFID标签,在文件安全、食品安全、各种防伪管理应用上开创了有别于金属刻蚀标签的新应用,为物联网等各种应用场景所需天线提供了整体系统方案。超威电源将石墨烯铅基合金首次应用于铅酸蓄电池的正极板栅,成功生产出新型耐高低温高能量黑金石墨烯电池,使用寿命提高了90%以上,截至2017年底该电池累计销售量突破2000万只,销售额达30亿元。

得益于政策的支持和石墨烯极为广阔的应用范围与前景。中国的石墨烯产业呈现出多点开花,集聚初现的特点。东部沿海地区起步早,政策支持力度大,产业化进程领先其他地区,据CGIA Research统计,东部沿海地区集中了70%以上的企业,集聚效应初步显现。随着石墨烯上下游产业链的不断成形,产品标准和技术规范逐步完善,现在初步形成三个集聚区,包括长三角石墨烯产业集聚区,珠三角石墨烯产业集聚区和山东石墨烯产业集聚区。

石墨烯产业的发展整体呈现出良好的应用前景,未来产业发展趋势将更偏向石墨烯绿色、高质量、规模化制备,多级次多功能组装集成,未来产业资源将进一步整合,应用在新能源、生物医药、电子信息、航空航天等领域继续深化。

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