石墨烯是一种新材料，号称“新材料之王”。它是最薄的材料，只有一个原子层那么厚；也是强度最大的材料，理论上比钢强百倍；还是导电性、导热性最好的材料。石墨烯是纯碳材料，100%由碳原子构成。所以跟现在特别时髦的“低碳”概念不同，它是“高碳”材料。当然，相信这种“高碳”石墨烯材料能够为“低碳经济”做贡献。

石墨矿属于天然的石墨。石墨是一种层状材料，层与层之间的结合力很弱，用胶带轻轻一撕就可以撕下来很多层。如果你有足够的耐心反复对折撕，最后可以撕出一个原子层厚度的石墨片，这就是石墨烯。早期的石墨烯实验研究就是用这种笨办法撕出来的，所以大家常常开玩笑地讲，石墨烯这个诺贝尔奖是透明胶带撕出来的。

石墨烯的首次发现和前景

安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫是石墨烯研究的先驱，他们非常有耐心，真的是用普通胶带一层一层地撕出来了石墨烯，并且首次测量了这种单层石墨片的性质，论文发表在2004年10月22日的《科学》期刊上。

这应该是石墨烯领域的第一篇热点文章，6年后两位先驱斩获诺贝尔物理学奖。从零到一的原创性基础研究突破常常是“无心栽柳”的结果，源于科学家们强烈的好奇心和求知欲，很难进行规划和重点攻关。基础研究不是简单地规划和用钱砸出来的。没钱不行，光有钱也不行，基础研究有其自己的规律。

石墨烯作为一种神奇的新材料，拥有极为广阔的应用前景。可以想象的应用场景很多，尽管大部分尚处于研发阶段，比如电子信息、能源、功能材料、生物医药、节能环保、航空航天以及国防军工领域等。举几个大家在广告中常常看到的例子。第一个是石墨烯电池，严格意义上讲，应叫作石墨烯改性锂离子电池。原理上讲，石墨烯用作锂离子电池正极材料的导电添加剂，比当前主流炭黑导电剂拥有更大的优势。锂离子电池正极材料导电性差，需添加大量的非活性、轻组分导电剂，导致能量密度降低。

高性能石墨烯导电添加剂可显著降低用量，从而提升能量密度并实现快速充电。石墨烯的高导热性也有助于快速充放电时的散热，提高电池的安全性和稳定性。需要指出的是，单节电池的快充和整车快充不可同日而语，更须考虑充电枪和充电桩的功率限制。因此，部分商家所谓的“充电八分钟，能跑一千公里”的说法仅仅是营销噱头。

石墨烯涂料是人们关注最多的另一个话题。超薄石墨烯微片比传统玻璃鳞片（3—5微米厚）提供更好的物理屏蔽，延缓腐蚀介质的渗透。研究表明，绝缘性的氧化石墨烯或石墨烯衍生物添加量达到0.5%左右，氯离子的渗透即可降低一半，效果显著。在含有金属锌的重防腐涂料中加入0.3%左右的粉体石墨烯，锌的利用效率会更高，从而显著降低锌粉用量，降低成本。需要指出的是，比金属更稳定的高导电性石墨烯会加剧金属的电化学腐蚀，而石墨烯提供的物理屏蔽效应仅能满足短期防腐需求。因此，不能过度夸大石墨烯涂料的神奇效应。统计资料显示，2017年全球防腐涂料市场规模约250亿美元，其中石墨烯涂料市场规模约8亿美元。目前中国从事石墨烯涂料业务的企业约700家，主要分布在江苏省和广东省。

石墨烯在热管理和大健康领域承载着人们巨大的期望，也是目前最活跃的应用市场。石墨烯是理想的远红外辐射材料，也是导电性和导热性最好的材料。从发射频谱上看，石墨烯远红外线频谱与人体发射的远红外线频谱高度重叠，这也是所谓石墨烯发射“生命光波”的由来。利用石墨烯材料制造的电热转换设备，具有电热响应快、驱动电压低、发射率高以及电热转换效率高等优点。国内市场推出很多此类石墨烯电热产品，电暖画、电热服装、电热毯、加热眼罩、红外理疗房、地暖墙暖、护颈护腰等，都是这方面的例子。

石墨烯的发展历程

回顾一下石墨烯的发展历史。从2004年年末至今，石墨烯已经走过了将近17年的历史。其中有几个非常重要的事件和时间节点。

2010年10月5日

石墨烯研究的两位先驱获得诺贝尔物理学奖，进一步推高了石墨烯的热度。

2013年

欧盟启动为期十年的“石墨烯旗舰计划”，每年投资1亿欧元，推动石墨烯材料走出实验室，打造新兴石墨烯产业。

2014年

国家发展和改革委员会、工业和信息化部等部门发布《关键材料更新换代实施方案》，石墨烯位列其中。同年，首家以石墨烯为主营业务的公司“第六元素”登陆新三板。

2015年3月

两位诺贝尔奖得主的东家英国曼彻斯特大学成立国家石墨烯研究院（NGI），同年10月23日习近平主席参访NGI，继而引发了国内延续至今的“石墨烯热”。

2018年10月25日

北京市成立北京石墨烯研究院（BGI），全力推进北京的石墨烯新材料研发工作，我担任首任院长。同年，华为发布采用石墨烯散热技术的Mate20X手机。

2018年12月10日

英国曼彻斯特大学成立“石墨烯工程创新中心”（NEIC），致力于基础研究和工程化齐头并进，抢占石墨烯新材料产业的先机。

截至2020年年底，国内号称从事石墨烯业务的企业超过2万家。这个数字可以说是全世界最庞大的，估计比其他国家的总和还要多。据不完全统计，目前中国拥有石墨烯产业园30个、石墨烯研究院54家、石墨烯产业创新中心8个。全国20多个省份的“十三五”规划中，都有石墨烯板块的产业布局，并出台了一系列支持政策。2016年，北京市启动石墨烯科技专项，致力于把研发资源优势转化为石墨烯产业发展优势。

许多上市公司密切关注石墨烯产业发展，据不完全统计，目前有60多家上市公司涉及石墨烯业务，涵盖了石墨烯产业链条的各个环节，其中以新能源相关企业居多。在基础研究方面，2011年开始，我国学者发表的石墨烯相关学术论文就已领跑全球，占比达到34%。在石墨烯相关专利申请方面，中国更是遥遥领先，全球占比达到68%。可以肯定的是，从统计数字上看，中国的石墨烯行业是居国际领先地位的。

国内产业现状：上游、中游和下游

石墨烯上游产业主要是石墨的开采、加工与销售，石墨是重要的非金属矿产资源,也是新兴产业的重要原材料,同时也是我国的优势矿种之一。我国石墨资源丰富，分布广泛，主要分布在黑龙江、内蒙古、四川、山西、山东和河南等地。其中，黑龙江省已查明晶质石墨资源分布最多，占比为47%。内蒙古占比19%，四川占比8%，山西占比8%，山东占比6%，河南占比3%，其他省市共占比9%。

作为产业中游，我国具备发展石墨烯产业的先天条件，石墨矿储量占世界总储量的近75%，年产量占世界总产量的72%，是我国具有国际竞争优势的矿产之一。2014年-2021年间，我国石墨烯相关企业的注册量总体呈增长趋势，2017年之前石墨烯相关企业年注册量均在3000家以内；2018年后石墨烯相关企业注册量均在3000家以上。2020年石墨烯相关企业注册数量为7408家，同比增长了108.91%，增长迅猛。2021年石墨烯相关企业注册量为13279家，同比增长了79.25%。

从竞争力看，我国科研与专利储备丰富，专利申请总数、企业申请专利数量、科学论文发表总数、高被引论文数量等各项指标领先其他国家。2020年我国石墨烯活跃科研机构数量与专利申请机构数量居全球首位，分别达到1288家和5279家。2020年，我国石墨烯技术专利申请数量达到14070件，极大地推动了科研成果向市场应用的高效转化。

石墨烯广泛用于汽车和运输、航空航天、电子、军事和国防以及其它终端应用行业。预计到2025年，全球石墨烯市场规模将从2020年的6.2亿美元增至14.79亿美元，在该预测期内的复合年增长率达19.0％。

作为目前人类发现的强度大、导电导热性能强的一种新型纳米材料，石墨烯被材料科学家亲切地称为“黑金”。在下游的实际应用中，石墨烯不仅可以赋予不同种类纤维或织物优异的导电、耐磨、抗菌、防紫外线等性能，同时基于其本身无毒无害、绿色环保的特性，也非常适应于当前我国环保型社会发展的趋势。因此，石墨烯已逐步被应用于新能源电池、航空航天、能源存储、生物医药及日常生活纺织品等相关领域。2020年中国动力电池行业市场规模为650亿元。

石墨烯产业：制备决定未来

那么，石墨烯产业究竟处于什么发展阶段呢？我们用高德纳技术成熟度曲线来对标一下石墨烯材料。与其他新材料和新技术一样，石墨烯材料从实验室走向产业化也需要经历五个阶段：技术萌芽期、期望顶峰期、泡沫谷底期、爬坡期、稳定应用期。对石墨烯来说，2004年年底算是技术萌芽期，随后迅速得到人们的广泛关注，期望值越来越高，几乎成了无所不能的超级材料。2015年、2016年左右是炒作的高峰期，那时候石墨烯仿佛无所不能。但是现在大家渐趋冷静，过了炒作高峰。实际上，实验室里的材料和技术绝大部分很难走到最后，大部分中途夭折。政府决策部门，要有耐心，对新材料产业尤其要有耐心。对于石墨烯新材料来说，毕竟才17年的历史，未来的路还很长。

我一直强调，对于石墨烯产业来说，制备决定未来。材料是产业的基石，如果没有规模化制备技术的突破，就不可能有石墨烯产业。同样，如果没有扎实的制备科学基础研究，就会失去核心竞争力，所以也不能着急。还需要强调的是，缺乏针对性的基础研究也很难带来制备上的真正突破。如果我只是在北京大学实验室里带领学生做基础研究，尽管可以发一大堆论文，申请无数的专利，但是很难对石墨烯材料的产业化落地有帮助，这是我现在的切身体会。尤其需要指出的是，石墨烯材料的质量提升是一个循序渐进的过程，需要不懈的努力和耐心。石墨烯材料的产业化不可能一蹴而就，尽管并非把材料做到尽善尽美才能形成产业，这是一个发展过程，没有例外。

我经常开玩笑地把石墨烯分成两大类：男石墨烯和女石墨烯。男石墨烯对应于石墨烯粉体材料，属于傻大黑粗型的材料；女石墨烯对应于石墨烯薄膜材料，属于白富美和高大上型的材料。两种石墨烯材料的制备方法不同，用途也完全不同，不可同日而语。

现在离产业化比较近的、国内研究比较多的是粉体石墨烯材料。粉体石墨烯材料的制备现状是什么样呢？2018年，新加坡国立大学的研究人员发表了一篇文章，认真检测了来自全球60家企业的粉体样品，发现大部分材料的石墨烯含量低于10%，也就是其中有90%不是石墨烯。而且，作为纯碳材料的石墨烯，碳含量竟然不足60%。可以想象，这样的材料怎么可能肩负起石墨烯产业的未来？我们必须在材料上狠下功夫。还是那句话，制备决定未来。

小结

大家的共识是，工程化研发是基础研究成果走向产业落地的必经之路，也是当前我国产学研协同创新链条的薄弱环节，而企业才是一切基础研究和技术研发成果转化落地的关键所在。没有企业机制，没有企业家的担当，“卡脖子”技术永远解决不了。我们要像尊重和重视科学家那样对待企业家，中国的高科技产业才能更好地发展。

发展石墨烯产业绝非一朝一夕的事情，需要国家意志和市场意志的有机结合，需要长期不懈的努力和不屈不挠的坚持，可持续发展能力是走向未来的关键所在。

来源：科技创新、龙江石墨、智研咨询等