石墨烯应用的多样化

在过去的几十年中，硅一直是制造芯片的原材料首选。不过，硅基芯片本身存在着不少的缺陷，硅这种材料在芯片制造方面也缺乏提升的空间。随着石墨烯技术的逐渐发展，芯片行业也面临着一场革新。许多研究人员都希望将石墨烯技术应用于芯片，许多企业也在投资研发此项技术。其实不仅仅是芯片，石墨烯火热的背后，还有许多领域的应用，石墨烯正使出它的“洪荒之力”助推各领域发展。

　　一、国家政策鼓励支持石墨烯产业发展

　近年来，国家出台多项政策，鼓励支持石墨烯产业发展。国家各部委不断出台指导意见和规划文件，明确了对石墨烯材料的支持与发展要求。

　　二、石墨烯的技术研究进入快速发展轨道

　从石墨烯相关专利申请趋势看，其相关专利的申请在上个世纪末就已出现，但随后发展较为缓慢。直到2008年后，专利申请数量才开始出现实质性的大幅增长。特别是在安德烈·K·海姆教授和科斯佳·诺沃谢洛夫研究员因对石墨烯的研究共同获得2010年诺贝尔物理学奖以后，全球石墨烯专利申请数量开始急剧增长，其中，2014年全球石墨烯相关专利的申请数量就高达5047件，表明石墨烯的相关技术研究进入快速发展轨道。根据石墨烯相关专利历年的申请情况，结合每年专利发明人数量，2008年以前为石墨烯研发技术的萌芽阶段，2008年至2015年为技术的成长阶段，而2015年之后石墨烯研发生产及应用技术开始趋向于成熟，即成熟阶段初期，这个阶段石墨烯开始逐步小规模生产，但是，其生产及应用技术仍有待于进一步突破。

　　三、石墨烯应用需求多样化，引领多领域划时代的变革

　石墨烯是由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格材料，单层石墨烯薄膜只有一个碳原子厚度，是目前已知的最薄的一种新材料，具有极高的比表面积、超强的导电性和强度以及透明度等优点。石墨烯同时具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料所不具备的性能，未来有望在电子、储能、催化剂、传感器、光电透明薄膜、超强复合材料以及生物医疗等众多领域应用，可以说是未来最有前景的先进材料之一，引领领域划时代的变革。

　　《中国制造2025》提出：明确要求高度关注颠覆性新材料对传统材料的影响，做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿材料提前布局和研制，加快基础材料升级换代。石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模，2025年整体产业规模突破千亿”的发展目标。

　　1、导电油墨：石墨烯导电油墨具备成本优势.

　　导电油墨是用导电材料制成的油墨，具有一定程度导电质，可作为印刷导电点或导电线路之用。将近年来在手机、玩具、薄膜开关、太阳能电池、远红外发热膜以及射频识别技术等行业中应用越来越广泛。过去数十年来，导电油墨最大的下游是太阳能电池以及显示器件未来包括触摸传感器及其电极、RFID以及电子纸张的应用也将同时保持增长。

　　石墨烯导电油墨强大优势，发展前景看好。导电油墨属于填充型复合材料，是印刷与烧结处理后具有导电性能的油墨。石墨烯应用在油墨的优势主要有两点：一是兼容性强，石墨烯油墨可在塑料薄膜、纸张及金属箔片等多种基材上实现印刷；

二是性价比高，与现有的纳米金属导电油墨相比，石墨烯油墨具有较大的成本优势。

　　由于石墨烯的良好性能，其制成的油墨具有电阻小、导电性强以及光学透明性高等特点，在各类导电线路以及传感器、无线射频识别系统、智能包装、医学监视器等电子产品中有广泛应用。

　　2、防腐涂料：石墨烯防腐涂料技术日趋成熟。

　　目前国内重防腐涂料消费量近180万吨，占世界重防腐涂料总消费量的40%以上。我国重防腐涂料需求主要集中在船舶、石油化工、桥梁、集装箱等领域。涂料中添加石墨烯后，石墨烯能够形成稳定的导电网格，有效提高锌粉的利用率，从实际效果来看，添加约5%的石墨烯粉，可减少50%锌粉的使用量。同时，石墨烯涂层能在金属表而与活性介质之间形成物理阻隔层，对基底材料起到良好的防护作用。

　　近年石油化工、铁路交通、新能源、基础设施建设等更是蓬勃发展，为重防腐涂料提供了广阔的市场空间。未来石油化工、铁路交通、新能源、基础设施建设等更是蓬勃发展，为重防腐涂料提供了广阔的市场空间。

　　3、散热材料：石墨烯散热材料在消费电子领域快速发展。

　　电子和光子器件的散热是影响电子技术发展的主要问题，手机、电脑、微型电路等设备的散热主要通过各类散热片来解决。目前，市场中的电子产品的散热片主要是石墨散热片。但是，石墨烯导热片的导热快、可折叠等性能要远远优于石墨片，极佳的散热材料如热导纤维、热导塑料等，并且技术难度小、工艺相对成熟，存在快速进入市场的机会。尤其在智能手机领域，手机要求轻薄、便携，未来要求可折叠，因此石墨烯导热膜具有极大优势。预估未来采用石墨烯散热膜进行散热的散热组件占总电子产品及LED产品市场的10%，即可为石墨烯散热膜带来15-20亿左右的市场空间。

　　4、锂电池：石墨烯在锂离子电池中的应用多元化。

　　石墨烯在锂离子电池中的应用比较多元化，目前已经实现商业化的是用在正极材料中作为导电添加剂，来改善电极材料的导电性能，提高倍率性能和循环寿命。目前比较成熟的应用是将石墨烯制成导电浆料用于包覆磷酸铁铿等正级材料。正极用包覆浆料目前主要包括石墨浆料、碳纳米管浆料等，随着石墨烯粉体、石墨烯微片粉体量产、成本持续降低的情况下，石墨烯浆料将呈现更好的包覆性能。石墨烯浆料将随锂电池增长而稳步上升。锂离子电池主要应用于手机、笔记本电脑、摄像机等便携式电子器件等方面，并积极地向电动力汽车等新能源汽车领域扩展，具有长期发展前景。（儒佳N系列纳米砂磨机在锂电池正负极材料研磨及石墨烯研磨上取得了一定的成果。儒佳有自己的实验室可提供物料免费实验，欢迎来电咨询：021-31006099）

　　由于石墨烯对于电池性能有诸多提升作用，对动力电池性能要求的不断提升必将拉动石墨烯在电池领域的发展。同时石墨烯电池行业规模有望充分受益于动力电池的放量，分享新能源汽车行业的增长。

　　5、超级电容：石墨烯超级电容器领域大展身手。

　　石墨烯的电导率高、比表而积大、且化学结构稳定，表而更有效的释放，有利于电子的渗透和运输，更加适合作为超级电容器电极材料。目前，我国已经实现石墨烯超级电容器的投产，技术上已经完全可以实现石墨烯超级电容器的生产。根据美国IDTechEx公司报告，全球超级电容器市场将从2013年的8亿美元增长到2018年的31.3亿美元，年复合增长率达到30.2%。而石墨烯基超级电容器的产业化也在不断推进：在国内，中国中车研发的3伏／12000法拉石墨烯／活性炭复合电极超级电容和2.8伏／30000法拉石墨烯纳米混合型超级电容已经获得中国工程院鉴定，整体技术达到目前世界超级电容单体的最高水平。根据测算，2016年中国超级电容器市场规模将突破30亿元，预计2020年中国超级电容器市场规模将超过60亿元。石墨烯在超级电容市场潜在应用规模达到3-5亿元。

　　四、中国石墨烯企业竞争力分析。

  　我国石墨烯企业已超过百家，并在常州、无锡、青岛、深圳等地形成产业集群，从产品上来看，其生产产品大多数作为石墨烯电池的导电剂、涂料、导热膜使用在这些企业中，中小型、初创型企业占比较大，中型、大型企业相对较少。中端单层高纯度小尺寸石墨烯逐渐实现小规模生产，单层高纯度大尺寸石墨烯还处于研发初期阶段，这些高端石墨烯应用于更先进的电池生产，可以解决电池使用寿命短、容量低、成本高等技术障碍。