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　　作为一种新式碳资料，石墨烯自发现之日起就受到了各国科学家的广泛重视。石墨烯具有结构安稳、导电性高、韧度和强度高级杰出的物理化学性质，被誉为“新资料之王”，现已使用在电子、储能、复合资料、航空航天等许多范畴。在我国制作业由大变强的进程中，展开石墨烯工业，对带动相关下流工业技能进步，进步立异才能，加快制作业转型晋级，抢占制作业新一轮竞赛制高点，激活潜在消费等，都有着重要意义。

　　全体的石墨烯工业链分为上、中、下流。上游首要是制备石墨烯的质料工业，中游首要是各类石墨烯产品，下流是石墨烯的使用范畴如半导体、电子器材、环保范畴、医药生物及散热范畴等。

　　到现在，全球稀有千家公司进入石墨烯相关的研讨和开发，其间包含IBM、英特尔、美国晟碟、陶氏化学、通用、杜邦、施乐、三星、洛克希德·马丁、波音、索尼、华为等科技巨子。2017年我国石墨烯工业技能立异战略联盟发布的《2017全球石墨烯工业研讨报告》显现：估计到2020年，石墨烯全球商场价值将到达1000亿元。而从全工业链商场规划及往年年复合增长率来看，未来石墨烯有望到达万亿元级产能规划，特别是未来5~10年，跟着石墨烯使用商场的不断拓宽，石墨烯原资料与下流使用产品将继续展示出巨大的商场远景，在许多范畴发生令人等待的经济价值。

　　2009年后，全球石墨烯技能专利请求量迅速增长，其间我国是全球石墨烯技能专利请求量最大的国家，累计请求量达24942件，揭露22418件，增长了59.46%（到2015年9月专利揭露量为14098件），与美国同为榜首队伍国家。韩国和日本为第二队伍国家。德国、英国、法国和俄罗斯也有一定量的专利请求提出，为第三队伍国家。在石墨烯技能专利请求方面，我国和美国处于引领位置。

　　现在世界上从事石墨烯工业研讨的国家包含英国、美国、欧盟、韩国和日本等，各国展开状况不同。

　　英国：作为石墨烯的“诞生地”，英国在石墨烯的根底研制方面居于全球领先位置，但从事商业开发的石墨烯企业较少，因而在石墨烯使用方面并非其强项。为加快英国石墨烯工业的研制及使用，英国政府也投入巨资加快石墨烯工业展开，工业布局首要环绕曼彻斯特大学进行，先后在曼彻斯特大学树立了国家石墨烯研讨院及石墨烯工程立异中心，以加快石墨烯的根底研讨及使用开发。

　　美国：美国对石墨烯的研讨投入较早，石墨烯工业化和使用进程相对较快，其工业布局也呈现多元化，工业链相对比较完好，底子覆盖了从制备及使用研讨 — 石墨烯产品出产 — 下流使用整个环节。不只具有IBM、英特尔、波音等许多研制实力微弱的大型企业，还诞生了许多小型石墨烯企业。美国国防部、国家自然科学基金也投入巨资，要点在石墨烯晶体管、能量存储、超级电容器等范畴支撑石墨烯工业研制及工业化。

　　欧盟：欧盟的石墨烯研讨起步早且系统性强，并将石墨烯研讨进步至战略高度，资金支撑力度大，根底研讨厚实。可是，因为进入下流使用的企业较少，工业化进程推进较慢。石墨烯旗舰研讨项目是欧盟选定的第一批技能旗舰项目之一，总投资10亿欧元，该项目中心内容是提出了13个要点研制范畴，首要包含标准化、生物传感器与生物界面、薄膜技能、面向动力使用的催化剂、面向复合资料和动力使用的功用资料、功用涂层和界面、GRM与半导体器材的集成、新的层状资料与异质结构、面向射频使用的无源组件、硅光子学集成、石墨烯及相关二维晶体和杂化系统的原型研讨、更新石墨烯及相关二维晶体和杂化系统的科技路线图、开放性课题等。

　　现在欧盟约有50余家公司展开石墨烯的研制、工业化以及使用的推进，不只包含诺基亚、巴斯夫、拜耳等工业巨子，还有许多小型专业化石墨烯企业。工业散布首要会集在德国、法国、西班牙等地。

　　韩国：韩国石墨烯工业展开产学研结合严密，在根底研讨及工业化方面展开较为均衡，全体展开速度较快。从政府层面，韩国政府通过供给资金支撑、整合研讨力气等多方面加大支撑力度；从研讨层面，韩国成均馆、韩国科学技能院等均在石墨烯研讨方面具有较强实力；从企业层面，首要以韩国三星集团和LG公司为主，其间韩国三星集团投入巨大研制力气，确保了其在石墨烯柔性显现、触摸屏以及芯片等范畴的世界领先位置，为韩国石墨烯工业展开供给支撑。一起韩国十分重视维护和请求石墨烯专利，现在专利量居全球第三，仅次于美国和我国，远高于欧洲其他国家。

　　日本：日本依托其杰出的碳资料工业根底，是全球最早进行石墨烯研讨的国家之一，产学研结合较为严密，全体展开较为全面。包含日本东北大学、东京大学、名古屋大学等在内的多所大学，以及日立、索尼、东芝等许多企业都投入许多资金和人力从事石墨烯的根底研讨和使用开发，研讨要点首要会集在石墨烯薄膜、新动力电池、半导体、复合资料、导电资料等使用范畴。

　　从专利数量上来看，我国国内石墨烯范畴专利请求量首要会集在长三角区域，其间江苏的请求量居于首位（4102件），广东（2537件）和北京（2333件）次之，而东北和西部区域的专利请求量较低。

　　从工业集聚度来看，国内现在的石墨烯公司大多散布在东部滨海一带，尤其是长三角、珠三角、京津冀鲁聚合区。其间，江苏作为国内较早展开石墨烯的省份，已构成“1＋1＋4”的工业立异格式，即以江苏省石墨烯工业技能立异战略联盟为产学研协作载体，以江南石墨烯研讨院、江苏省工业技能研讨院石墨烯资料研讨所等为工业立异基地，在常州、无锡、泰州、南京四市构成石墨烯工业集群纵横相连的工业立异布局。浙江省宁波市作为国内最早展开石墨烯研制和工业化的区域之一，已在石墨烯技能立异与工业展开方面具有了明显的先发优势、深沉根底和杰出环境，在石墨烯微片和石墨烯薄膜的制备及使用范畴均有多项打破，构满意链条展开方式。

　　2015年12月，京津冀石墨烯工业联盟在北京树立，旨在整合三地资源，加快推进低本钱石墨烯及配备技能的工业化进程，构成京津冀战略性新兴工业高地。2016年该区域石墨烯相关企业数量超越200家，其间构成石墨烯事务的企业数量到达60余家。

　　珠三角区域以深圳为中心，有着全国最好的石墨烯使用商场，在动力、新资料、电子信息、可穿戴设备、电动汽车等许多范畴工业集群兴旺。深圳市政府十分重视石墨烯工业，一向在活跃推进石墨烯科技研制及工业化。现在已培育和引进了10余个具有世界影响力的研制团队，建造了10余家相关科研立异载体，培育了20余家石墨烯相关的企业。

　　山东区域的石墨烯工业首要会集在青岛和济宁两地。通过几年的展开，山东省已开始构成从石墨烯原资料、设备到使用范畴的工业链雏形。

　　通过长时刻的自主研制，我国石墨烯出产技能、工艺配备和产品质量均获得严重打破，可是石墨烯规划化出产技能老练度仍然较低，遍及存在不同批次石墨烯产品质量不安稳、性质差异性大等问题。尽管吨级以上的石墨烯粉体出产线现已建成，可是遍及存在质量低、制备进程污染等问题，无法表现石墨烯的各种优异功用，严峻阻止了石墨烯的大规划使用。石墨烯粉体方面，现在商业化的石墨烯产品遍及存在尺度和层数不均匀、单层石墨烯含量低、比外表积远低于理论值、没有分级等质量不安稳和本钱高级问题；石墨烯薄膜方面，现有产品存在无法避免的因成长进程导致的结构缺点和因搬运进程导致的外表污染，遍及电阻较高，无法使用在本应合适匹配其优异电学功用的范畴，如电子器材、半导体工业等高技能范畴。这些问题的存在既是下流使用打破不畅、杀手锏级使用没有呈现的原因，也导致石墨烯资料出产企业空有产能，没有产值。

　　石墨烯一起的片层结构和功用使得它在功用涂层方面展示了巨大的使用远景。可是，石墨烯与水、有机溶剂以及聚合物的相容性较差，改性进程及操作条件杂乱，约束了其在工业涂层中的使用。因而，现在急需对石墨烯功用化改性办法进行立异，对石墨烯在涂层资猜中的效果机理进行深入研讨，为完成石墨烯复合功用涂层的大规划使用供给理论根底。

　　石墨烯具有较高的杨氏模量和本征强度，能够使用调控石墨烯的界面性质，如亲疏水性，用于进步聚合物资料的力学功用及耐磨功用等。可是现在石墨烯使用在复合资料范畴的最大问题是，结构完好的石墨烯外表不含有任何基团，外表能较低、呈慵懒状况，与其他介质的相互效果较弱。而且石墨烯片层之间存在较强的范德华力，导致片层极易堆叠聚会而难以涣散开来，很难溶解于溶剂中，更难与其他有机或无机资料均匀地复合。因而，石墨烯使用在复合资料范畴未来的展开方向是针对不同复合资料基材系统对石墨烯的特定外表功用要求，通过共价键功用化调控石墨烯外表不同官能团获得特定外表性质的石墨烯产品，处理石墨烯在复合资猜中的涣散性和界面相容性问题，完成石墨烯在基体中构成接连的网络结构，有用发挥石墨烯的优异功用。

　　与现在遍及选用的金属（金、银、铜）导电填料比较，石墨烯导电填料功用愈加安稳，不易氧化，附着力较强，在导电方面，石墨烯填料具有较大的优势。国外石墨烯导电油墨处于试验研制阶段，正在进行工业化布局。现在石墨烯导电油墨的电功用介于银浆和碳浆方阻值之间，只能满意较低电导率范畴。久远展开方向是获得更高导电性的石墨烯导电油墨，统筹石墨烯的柔韧性，以满意柔性屏幕、柔性印刷电路板等电子元器材的要求。

　　石墨烯因具有极大的比外表积、杰出的导电功用、杰出的化学安稳性，且力学功用优异，在锂离子电池、锂—硫电池等动力存储与转化方面使用远景巨大。美国西北大学的研讨人员使用自拼装的办法制备了FeF3/石墨烯正极资料，该资料经100次循环仍有260mAh·g-1的比容量，是商业化正极资料的2倍。他们选用抽虑办法制备了硅/多孔石墨烯薄膜负极资料，该资料经200次循环仍有1500mAh·g-1的容量。可是因为石墨烯的比外表积大，锂盐电解质在石墨烯外表会构成钝化薄膜（SEI膜），耗费高达30%～50%的初次放电容量，致使初次循环库伦功率较低。此外，现在石墨烯制备技能存在产品单层少、尺度小且散布不均、难以安稳批量出产以及功用难以准确操控等瓶颈问题，离商业化推行还有相当大的间隔。因而，未来的展开方向首要是构建结构高度有序的石墨烯复合结构，外表均匀散布孔径均一的纳米孔，各层严密触摸以进步正负极资料的容量、功率以及循环寿数。

　　石墨烯的导电、导热功用远超硅和其他传统的半导体资料，跟着集成电路制作技能的不断改进，由硅制成的晶体管巨细正挨近极限（15nm乃至10nm以下），而石墨烯有望替代硅成为新一代电子元器材资料。现在石墨烯薄膜使用在半导体信息工业最大的问题是，大面积的石墨烯薄膜是零禁带资料，以此作为沟道的晶体管很难被关断，石墨烯晶体管获得较高的开关比率一向难以完成。

　　未来，石墨烯的破题方向首要是研制通过掺杂替代晶格结构中的碳原子、构建多维纳米结构或构成异质结等办法，战胜零禁带问题，以完成高的开关比。

　　尽管石墨烯工业现已获得了令人惊叹的效果，可是，从石墨烯工业展开的阶段来看，仍处于大规划工业化“前夜”，全体上还存在着亟待处理的一些问题：

　　通过多年的自主研制，石墨烯的规划化出产技能、工艺配备和产品质量均获得严重打破，可是石墨烯规划化出产技能老练度仍然较低，遍及存在不同批次石墨烯产品质量不安稳、性质差异性大的问题。

　　石墨烯粉体方面，现在商业化的石墨烯产品遍及存在尺度和层数不均匀、单层石墨烯含量低、比外表积远低于理论值、没有分级、本钱高级问题，无法真实表现石墨烯的各种优异功用；结构完好的石墨烯外表不含有任何基团，与其他介质的相互效果较弱，很难涣散于溶剂中，更难与其他有机或无机资料均匀地复合。

　　石墨烯薄膜方面，现有产品存在无法避免的因成长进程导致的结构缺点和因搬运进程导致的外表污染，遍及电阻较高，无法使用在本应合适匹配其优异电学功用的范畴。

　　从前瞻技能来看，我国的石墨烯技能专利大都为本乡专利请求，国外专利技能布局相对单薄，极少数能被国外专利引证，专利质量整体不高，短少根底中心专利。

　　在电子信息、生物医药、节能环保等战略高技能范畴方面，底子上现已被美、欧、韩、日所独占。特别是我国石墨烯企业底子上以小微企业和草创企业为主，资金投入匮乏、研制实力单薄、商场开辟才能不强，在破解石墨烯技能瓶颈、推进石墨烯资料使用、扩展石墨烯工业规划方面绰绰有余。假如没有杰出的技能立异研制和效果搬运涣散机制，必将导致长时刻展开乏力。

　　石墨烯从发现至今仅有10多年时刻，是一种比较“年青”的资料。从使用现状来看，石墨烯首要是完成了开始使用，大大都产品归于使用石墨烯与原有资料相结合进步产品功用，技能门槛相对来说比较低，同质化状况比较严峻。石墨烯下流使用产品尽管现已开始工业化，可是真实意义上的“杀手级”使用仍未诞生。我国石墨烯工业的专利尽管许多，可是超越四分之三的专利来自于学术组织，企业在石墨烯研制方面的参加度还有待进一步进步，高价值专利不多，技能与商场之间的供需还不匹配，技能研制、搬运涣散和初次商业化链条还有待打通。

　　石墨烯标准系统方面，现在石墨烯及其相关工业日益成为资本商场中炙手可热的概念，可是短少石墨烯资料分类、术语、检测办法等国家标准，以及石墨烯产品的集体标准或职业标准，致使商场上石墨烯相关产品滥竽充数，产品质量良莠不齐的现象十分严峻。许多企业底子不具有石墨烯规划化的出产才能，凭借石墨烯概念过度炒作，严峻影响了石墨烯工业的良性展开，因而我国亟待树立石墨烯标准系统，标准石墨烯职业展开。

　　一是大力加强石墨烯立异才能和立异系统建造，要点培育石墨烯工业技能立异人才，凭借各地石墨烯立异中心及石墨烯研讨院的渠道，进行顶层规划和霸占共性关键技能，将面向使用的石墨烯资料安稳制备、涣散技能等关键技能列入严重攻关项目，支撑石墨烯上下流企业、科研单位等联合攻关，依据本地石墨烯工业展开特色和优势，挑选要点使用打破，尤其在芯片、微电子等高端使用范畴。

　　二是活跃推进下流使用技能打破，依据石墨烯资料的使用难度、下流可承受才能、潜在使用规划、本地优势工业等要素，挑选一批工业化远景好、技能较为老练、量大面广的石墨烯产品展开下流使用对接，构成使用演示。

　　三是联合优势企业、科研院所等，依据石墨烯工业展开现状及下流使用状况，挑选一批较为老练的石墨烯及其使用产品，从产品界说、功用、石墨烯存在方式及用量等多方面拟定一批国家和职业标准，完善石墨烯标准系统。研讨拟定石墨烯职业标准，从工业布局、出产工艺与配备、清洁出产、质量管理等方面对石墨烯职业提出准入门槛，避免低水平重复建造，加强环境维护。

　　四是建立石墨烯工业展开基金，选用政策性支撑与社会资本一起参加的方式，支撑关键技能攻关。

　　南京工业大学资料化学工程国家要点试验室 江苏省工业技能研讨院石墨烯资料研讨所 江南石墨烯研讨院）回来搜狐，检查更多