石墨烯在中国正成为“科技宠儿”，不少人期待这一“神奇材料”继续书写“科技改变生活”的下一个故事。作为一种技术含量高、应用潜力广泛的碳材料，石墨烯也逐渐被应用于新能源开发中。

    2010年，石墨烯发明者获得诺贝尔物理学奖。如今，中国已将石墨烯列为战略前沿材料之一。在广西，石墨烯的生产研究近日取得重大进展，广西大学已掌握大批量生产粉体材料石墨烯的技术力量。

    石墨烯由六方蜂巢晶格排列的碳原子组成，仅有一个原子层厚度。目前，国际上石墨烯的常见制备方法包括机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化石墨烯还原法……然而，记者近日在广西大学可再生能源材料协同创新中心采访时，中心主任、国际知名电化学专家沈培康提出，上述方法中没有一种可以大批量生产粉体石墨烯。

    沈培康指出，目前世界范围内能够生产的主要是二维石墨烯材料，其合成成本高、工艺复杂、污染大，合成的石墨烯通常受范德华力或悬键作用的影响易团聚成石墨片，市面上的二维石墨烯粉体材料实质上是石墨片而不是石墨烯。石墨烯三维化是突破二维石墨烯片应用瓶颈的关键技术。

    在近年的科研中，广西大学可再生能源材料协同创新中心发明了树脂裂解法，这也是目前世界上极少数能大批量生产粉体石墨烯的方法。广西在石墨烯制备技术上取得了突破性进展。

    在广西大学石墨烯粉体生产小试基地，记者看到了制备三维石墨烯的设备。“我们的团队利用前期处理的自掺杂树脂材料，经过镍做低温石墨化催化剂，再用高温烧结炉烧结烘干，就成了石墨烯粉体材料。”沈培康说，他们在制备石墨烯的过程中设置了气体吸收装置，没有污染。

    目前广西大学的小试基地可年产1.5吨粉体石墨烯，正在建设中的中试基地可年产15吨粉体石墨烯。

    记者在生产基地看到了几个透明器皿装着的黑色粉末状物质，拿起来的手感非常轻。沈培康表示，三维石墨烯1L的重量不到100克，大多数结构为3至4层的石墨烯。

    研究人员还指出，用这一方法合成的三维多级孔自掺杂（氮、磷、硼等）类石墨烯材料具有其他碳材料包括商用石墨烯在内的碳材料不具备的性质，比如高比表面积、高导电性、自掺杂、多级孔结构等。

    沈培康等石墨烯科研人员认为，随着石墨烯制备水平、应用技术水平的发展，石墨烯材料未来能够应用在更多下游产品和领域中，包括超级电容器、锂电池、触摸屏、增强型复合材料等。

    扩展阅读

    学术热产业冷 专家建言“十三五” 设石墨烯专项规划

    被誉为“新材料之王”的石墨烯备受市场关注。

    近日，工信部赛迪研究院原材料工业研究所所长肖劲松表示，建议“十三五”设立国家级石墨烯研发机构，建立若干国家级新材料创新中心，将石墨烯产业发展写入国家“十三五”规划；设立石墨烯发展专项计划和专项基金。

    肖劲松介绍，石墨烯产业正处于概念导入期、产业化突破前期。整体上，还处在以研究为主的阶段，产品大都处在实验室阶段，产业化进程相对较慢。按照硅材料产业的成熟周期为20年来推断，石墨烯产业化成熟至少还需要5-10年。

    中国非金属矿工业协会石墨专业委员会副秘书长、碳石墨全产业链电商平台“石墨邦”创始人刘荣华表示，石墨烯已进入了产业化的黎明。调研发现，部分石墨烯企业2015年已经突破了千万收入，今年有望突破亿元收入。

    三大应用场景市场估值近300亿

    刘荣华表示，在复合材料、锂离子电池正极材料以及电子触摸屏领域最有希望率先实现产业化。

    根据刘荣华对国内的石墨烯企业进行的调研了解，目前石墨烯在复合材料中比较明确的应用包括树脂基复合材料、防腐涂料、汽车静电底漆、石墨烯增强尼龙6塑料以及石墨烯EPS等。

    其中，在树脂基复合材料领域，根据市场预测， 2015年国内树脂产量达530万吨。以千分之一的石墨烯添加量，100万/吨计算，则年潜在市场规模为53亿元。

    在防腐涂料领域，据市场预计， 2015年我国常规防腐涂料、重防腐涂料产量分别达到300万吨和150万吨左右，防腐涂料总产量达到450万吨左右；到2017年或可达600万吨。按千分之一的石墨烯用量，100万元/吨计算，到2017年潜在市场规模为60亿元。

    在汽车静电底漆领域，2013年国内共需汽车涂料87万吨左右，汽车漆市场在300-500亿元。以百分之一的石墨烯用量，100万元/吨计算，年潜在市场规模为87亿元。

    在增强尼龙6塑料领域，随着汽车工业对轻量化的需求越来越高，PA6工程塑料在汽车中的用量将会越来越多。2013年，全球PA6需求量约为460万吨，以千分之一石墨烯用量，100万元/吨计算，年潜在市场规模为46亿元。

    其次，石墨烯在锂离子电池市场上的潜在容量十亿级别。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剂，来改善电极材料的导电性能，提高倍率性和循环寿命。

    刘荣华预计，随着新能源汽车产量的迅猛增长，市场对于导电添加剂的需求也将呈飞速提升态势。预计到2018年，石墨烯导电剂用量将达500吨，其在锂电池导电剂材料中占比也将逐步提高。以目前导电浆料中约5wt%含量的石墨烯来估算，2018年对应的石墨烯导电浆料需求量在10000吨以上。

    “石墨烯也将成为理想的锂离子负极材料。”刘荣华分析，硅作为锂离子负极材料，其理论比容量高达4200mAh/g，但其在充放电过程中体积变化大，造成循环稳定性较差，而用石墨烯包覆硅材料（石墨烯改性硅基材料）能一定程度上缓冲它巨大的体积变化。

    根据EvTank的统计，2015年全球正极材料供应22.3 万吨，负极材料11.1万吨。合计约33.4万吨。按单位电池材料使用百分之一石墨烯（实际用量可能会更高），50万元/吨的价格计算，石墨烯在锂电池领域每年潜在市场规模为16亿。

    同时，石墨烯薄膜在柔性显示领域开始大展身手。国内已有多家企业实现从柔性屏到多点触控柔性屏的突破。以石墨稀材料技术制作的柔性触摸屏可让不规则或弧形的移动设备实现先进的多点触控功能，如韩国三星和兰石科技均宣布制成了石墨烯可折叠显示器、常州二维碳素（833608.OC）实现了大规模石墨烯透明导电薄膜生产线的投产。

    据有关市场调研机构预测，2014年全球触摸屏的市场需求为4000万平米，2019年会超过8000万平米，2024年超过1亿平米。乐观估计，2015年石墨烯薄膜潜在市场空间为21.6亿。

    学术、资本热，产业冷

    尽管石墨烯还处于产业化黎明前夕，但资本市场对此反应热烈。华丽家族、德尔未来、东北证券、中国宝安、中泰化学等上市企业纷纷通过收购、入股等形式进军石墨烯领域。

    肖劲松认为，目前资本市场将石墨烯捧成了“上帝材料”，但国内研究缺少有价值的、专业的研发成果，上市公司大都是处于亏损状态，石墨烯市场虚火过旺。产业界的态度是“不见兔子不撒鹰”。

    根据肖劲松介绍，2011年以来，我国研究人员发表的论文总数和专利申请数量已经稳居世界第一位。到目前为止，中国申请石墨烯领域专利2200多件。据不完全统计，目前全国有80多所国内一流大学和研究机构涉足石墨烯研究。

    “石墨烯行业现在存在冷热不均的局面，一是学术界、资本界、媒体的热与产业界的冷；二是政府招商的热与落地配套政策的冷；三是中国群众式的热和发达国家注重长远的冷。”肖劲松表示。

    肖劲松分析，石墨烯产业化当前存在技术、市场以及成本三个主要问题，比如关键性技术尚未获得实质性突破，下游应用领域研发落后，产业应用技术缺乏指导，前期研发投入资金量大且周期长等。

    此外，肖劲松建议，“十三五”期间国家应设立石墨烯发展专项计划和专项基金将石墨烯确定为战略性矿产资源；打通应用环节，形成上下游一体化的产业链条； 加快制定正确的技术路线和材料标准、应用标准等标准规范；做大做强采、选、冶一体的高科技龙头企业集团，建立石墨烯产业基地；鼓励和引导社会资本进入石墨烯产业领域。