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  石墨烯作为战略新材料,将逐渐向产业化生产、规模化应用过渡。

2017年中国石墨烯产业预测

分类:产经 稿件来源:中国经济信息杂志 作者 李希平 编辑│孔维琛

石墨烯是从石墨材料中剥离出来的二维碳材料,按照碳原子层数可分为单层石墨烯、多层石墨烯及石墨烯微片。其中单层石墨烯是指碳原子仅仅在二维平面以六角蜂巢结构排列构成的严格单层碳材料,是一种没有能隙具有线性能量分布的半导体,由于电子可以在晶体中自由移动而赋予单层石墨烯非常好的导电性。

石墨烯被纳入我国《新材料产业十二五发展规划》中鼓励发展的新材料,而《中国制造2025》则进一步明确规划了未来十年我国石墨烯产业的发展路径,总体目标是2020年形成百亿元规模,2025年突破千亿元,重点是石墨烯制备实现规模化,储能电化学器件等领域实现产业化。

全国人大代表,圣泉集团总裁唐一林在接受《中国经济信息》记者采访时表示,2017年应该是我国石墨烯产业发展成果爆发年,我们要抓活创业思路,加大创新步伐,利用互联网这种富有生命力的新商业模式去落实党的十八届五中全会从协调推进“四个全面”战略布局出发,提出“推进健康中国建设”的宏伟目标。

2014年圣泉集团在全球范围内率先从植物秸秆玉米芯纤维素中提取出生物质石墨烯,也打通了石墨烯材料到经济消费品的石墨烯产业链;2015年将石墨烯添加到粘胶纤维中,并研发制造出了基于这种内暖新材料而制成的养体内衣系列、除臭袜品系列等产品,实现了石墨烯的产业化和商业化应用,同年与涤纶复合研发成功,使石墨烯应用在纺织行业取得了重大的突破;2016年又将生物质石墨烯与锦纶、晴纶、氨纶、羽绒棉、维尼纶、聚氨酯、乳胶等全化纤系列材料成功复合应用,研发出内暖绒健康被、内暖绒服、石墨烯助眠枕等系列产品,成功打造出了推动中国传统纺织行业转型升级的内暖纤维、内暖烯孔、内暖绒三大系列上百个衍生产品。

在力学方面,石墨烯是人类已知最强最高的物质,其杨氏模量达1Tpa,与单壁碳纳米管相当,强度约为180GPa,是普通钢材的100倍。此外,石墨烯还具有良好的韧性,单位面积石墨烯片可承受4公斤重量,可见其韧性相当于碳纤维的20倍。在热学方面,石墨烯自身的导热系数达到5300W/m·K,是室温下最好的导热材料,导热性能是碳纳米管的1.51倍,是铜的13倍。在电学方面,石墨烯是室温下最好的导电材料,由于其特殊的能带结构使常温下电子运动干扰小,传输质量大幅提高。石墨烯的电学性能突出表现在高载流子迁移率及高电流密度,其载流子迁移率达15000cm2/V·s,相当于商用硅片的10倍。电流密度耐性为2亿A/cm2,相当于铜的100倍。

在全球主要优先权专利申请件数排位中,中国、韩国、美国申请件数名列前三,分别为6714、2892、2632件。石墨烯的研发主要集中在亚洲及北美洲,其中中国是主要的研发国家,最早优先权专利申请数约占全球50%。全球前十位石墨烯专利申请人中,有五位是中国高校,两位是韩国高校,只有三家是企业,高校占70%,可见目前石墨烯的研发主力仍然在高校。从专利数量看,专利申请数最多的申请人为韩国三星、韩国高科技学院及美国IBM,专利申请数分别为503、223、199件,可见全球石墨烯研发技术领先机构主要分布在韩国。

全球石墨烯专利最为集中的前五个领域分别为锂电子电池、生化传感器、超级电容器、催化剂及导电复合材料。

全球便携式锂电池市场规模自2012年以来逐年增长,预计未来在2020年以前保持每年约10%的平均增长率。其中锂电池在手机、平板电脑及笔记本方面的需求量将保持8%的年平均增长率,预计2017年便携式锂电池在手机、平板电脑及笔记本方面的需求量达到45,000MWh。

根据Graphenea统计,当前CVD法生产单层石墨烯的成本约为7欧元/平方厘米,未来几年内随着石墨烯生产工艺的成熟,生产成本将进一步降低。预计2020年,CVD法生产单层石墨的成本将降至0.07欧元/平方厘米。石墨烯生产价格的大幅降低,将使石墨烯导电剂突破成本瓶颈,从而以更加合理价格占领下游市场。根据石墨烯产业联盟的统计数据,2015年石墨烯导电剂的价格为230美元/千克,与碳纳米管导电剂价格大致相同。但是,石墨烯导电剂价格下降的幅度将远超于碳纳米管导电剂价格的下降幅度,预计到2020年,石墨烯导电剂价格将降至113美元/千克,碳纳米管价格依然维持在200美元/千克的水平,石墨烯导电剂的价格优势逐渐凸显。

中国国家质检总局党组成员、国家标准化管理委员会主任田世宏不久前接受采访时介绍,中国石墨烯国家标准将于2017年发布。

继华为推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池之后,被视为“新材料之王”的石墨烯在应用方面又有新突破。2016年12月6日,全球首个石墨烯高端产业应用——“石墨烯表面波探测技术”在北京发布。该技术可以替代基于传统SPR技术的探测系统。此外,石墨烯表面波探测技术还可以极大提高探测技术在科技、医疗、安防等行业中的应用效果,甚至帮助特殊人群完成“不可能完成的任务”。

中国已将石墨烯列为战略前沿材料之一,并列入“十三五”规划。中国石墨烯产业形成了以江浙为中心,山东、重庆、四川、京津冀、广东、福建、广西等区域竞相发展的格局。

我国约占全球石墨烯企业的3/4,以中小初创企业为主。截止到2016年8月底,我国从事石墨烯研发、生产、应用等相关企业数量超过400家,约占全球石墨烯企业数量的四分之三,主要集中在长三角、珠三角和京津冀鲁区域,宁波、常州、无锡、青岛、重庆等地都纷纷设立了石墨烯产业园区。国内涉及石墨烯产品研发的主要以中小企业和初创企业为主;同时也有少数大型公司参与。

“石墨烯+”行动目前已开始实施,主要采取“一条龙”模式,组织推动石墨烯材料及其改性产品的首批次示范应用。

根据中国石墨烯产业技术创新战略联盟预测,全球石墨烯应用市场将在2018年形成产业爆发点,而中国的石墨烯市场将占据全球石墨烯市场份额的70%以上,在全球石墨烯市场上占据主导地位。

石墨烯既是最薄的材料,也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料,如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床,本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。

石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。

中国和世界能够同步的科学技术不多,而石墨烯是我们有望走在前面的一个新产业,因此值得投入和推广这一产业。我国石墨烯产业发展在环境和制度的建立方面已经小有成就,研发应用的推进还在稳步继续。近两年石墨烯得到越来越多的关注,也吸引了很多投资,面对资本市场的热捧,石墨烯产业的发展还是要去粗取精,企业和科研机构需要沉下心来搞研发,按部就班搞生产,待到应用技术成熟之时就是石墨烯产业崛起之时。

 
 
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