一文速览石墨烯的奥秘

石墨烯属于二维碳纳米材料，具有优秀的力学特性和超强导电性导热性等出色的材料特性，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，由于成功从石墨中分离出石墨烯（2004）并在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应（2009），而获得2010年度诺贝尔物理学奖。

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一种未来革命性的材料

石墨烯是碳的同素异形体，碳原子以sp²杂化键合形成单层六边形蜂窝晶格石墨烯。利用石墨烯这种晶体结构可以构建富勒烯（C60）、石墨烯量子点，碳纳米管、纳米带、多壁碳纳米管和纳米角。

石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。也被誉为“新材料之王”、“黑金”。

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石墨烯划分形式广、性能多

石墨烯按照层数可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。 按照功能化形式可以分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等。按照外在形态、又可分为片、膜、量子点、纳米带或三维状等。

石墨烯具有超强导电性、良好的热传导性、良好的透光性、溶解性、渗透率、高柔性和高强度等出色的材料特性。它的的应用领域非常广泛，主要集中在基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领域。

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石墨烯产业链趋于完善，下游需求领域不断拓展

石墨烯材料本身表现出优异的性能，其下游应用领域非常广泛，可应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面，且在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。

石墨烯产业链上游的原料为石墨，中国是全球最大的石墨生产国，但可开采储量仅为全球第二，占世界总储量的 25%，静态可开采年限仅为 116 年，在全球主要的石墨生产国中，仅高于挪威。

石墨烯产业链中游主要为石墨烯的制备。石墨烯的制备分为两种：（1）“自上而下”：从石墨块原材料出发，将单层或几层原子厚度的石墨烯层从石墨块中剥离出，例如“液相剥离法”、“机械剥离法”等； （2）“自下而上”：从碳原子或碳化合物分子结构出发，如 CH4､C2H2 等，利用晶体生长重新排列出石墨烯，例如“化学气相沉积法”、“小分子化学合成法”、“外延生长法”等。 不同制备方法获得的石墨烯在品质和成本上差异较大，与之相关的产品的适用领域也有一些差异。石墨烯薄膜主要由气相沉积法和外延生长法等制备，其中化学气相沉积法可以制备大尺寸的石墨烯薄膜，是目前被认为最有希望实现石墨烯薄膜大规模制备的方法。

全球石墨烯行业市场规模呈稳步增长态势。据预测，未来两年石墨烯将保持增速。 我国石墨烯目前应用最广泛的下游领域是新能源相关领域，是行业超高增长的主要驱动者。石墨烯在新能源超级电容与锂电池导电剂领域市场规模在50 亿元左右，占全国市场份额的 71.4%，其中，石墨烯在防腐涂料、复合材料、生物传感器等领域的应用也占额较多且备受关注，节能环保和电子信息柔性显示领域也有一定的涉及。

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国内外处起步阶段，静待下游大规模应用

全球石墨烯行业仍处于产业化起步阶段。市场以石墨烯粉体和石墨烯薄膜为主导，尽管大规模生产仍存在一定困难，但未来发展空间广阔。

从市场规模来看，2014 年以来，全球石墨烯市场规模快速增长，2019 年全球石墨烯市场规模约为 1.1 亿美元，预计在 2025 年达到 21 亿美元，2020 至 2025 年石墨烯复合年增长率将达到 40%，尤其是散热材料、新能源电池、柔性显示和复合材料市场。石墨烯因其优秀的材料特性具有巨大的潜力。

石墨烯行业正处于大规模产业化前夕，世界各国对于石墨烯都给予了高度重视，全球已有 80 多个国家投入石墨烯的研发、生产，尤其是一些发达国家聚焦石墨烯下游应用的研发，例如美、欧、日、韩等地区密集发布政策、投入大量资金，扶持石墨烯相关产品研发和产业化应用，对推动石墨烯产业发展做出了战略部署。

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国内产业链初步成型，上下游链条逐步完善

我国石墨烯产业前景广阔，产业规模持续增长。同时我国政府高度重视石墨烯产业发展，已将石墨烯列入我国“十三五规划”的 165 项重大工程。

中国石墨烯行业正处于市场导入期，产品尚未成熟，行业利润率较低，但市场增长率较高。预计随着石墨烯制备技术的不断突破和下游应用的不断成熟，将进一步促进和推动石墨烯的应用发展及市场规模扩大。

我国石墨烯产业链近年来已初步打通，上下游链条逐步完善，上游石墨矿开发技术不断创新，中游石墨制备方法不断改进，下游应用领域研发不断拓展。

正是由于产业链不断发展，我国石墨烯市场规模有持续较快增长的趋势。石墨烯作为“新材料之王”，目前大规模制备方式仍存在缺陷，下游应用领域仍未被开发完全，所以仍保有较大的发展潜力。

从整体石墨烯产业链布局来看，中游领域：我国自 2018 年以来，石墨烯粉体和薄膜的生产规模进一步扩大，石墨烯产业化趋势日益强劲，多个石墨烯产业创新中心开始创立，各地各种石墨烯制备技术不断突破创新，下游应用产业化也逐步拓展。

中国石墨烯的研究已经进入世界一线水平，相关产业链也已经初步形成，未来随着研发的进一步深入，石墨烯的应用也将越来越广泛，届时相信会有一系列新产业出现。