我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、存在的問題及對(duì)策
我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、存在的問題及對(duì)策
石墨烯是由碳原子緊密堆積而成的二維晶體，是目前已知的最薄也最堅(jiān)硬的納米材料，具有超薄、超輕、超柔韌、超高強(qiáng)度、超強(qiáng)導(dǎo)電性、優(yōu)異的導(dǎo)熱和透光性等特性，集透光性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、電子遷移率高、電阻率低、機(jī)械強(qiáng)度高等多種優(yōu)異性能于一身，在電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、儲(chǔ)能和傳感器等諸多領(lǐng)域有著廣闊而巨大的應(yīng)用潛能,是主導(dǎo)未來(lái)高科技競(jìng)爭(zhēng)的超級(jí)材料，被稱為“黑金”、“新材料之王”。自2010年兩位發(fā)現(xiàn)者獲得諾獎(jiǎng)之后，全球就掀起了石墨烯制備、改性和應(yīng)用的研究熱潮，并被產(chǎn)業(yè)界、各國(guó)政府、國(guó)際知名大企業(yè)和公眾寄予無(wú)限的希望。
一、全球石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況
各國(guó)紛紛布局石墨烯，搶占產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。
石墨烯作為一種新型的二維納米材料，因其優(yōu)異的性能在電子信息、新材料、新能源、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛能和革命性變革，世界各國(guó)和跨國(guó)企業(yè)紛紛投入巨資加強(qiáng)石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，以期占搶占產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。
目前，全球已有80多個(gè)國(guó)家投入石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)。美國(guó)、歐盟、日本、韓國(guó)等相繼發(fā)布或資助了一系列相關(guān)研究計(jì)劃和項(xiàng)目。特別是歐盟制定了石墨烯旗艦計(jì)劃，計(jì)劃投入10億歐元。全球石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)綜合實(shí)力最強(qiáng)的前三甲是美國(guó)、日本、中國(guó)。不僅如此，IBM、英特爾、陶氏化學(xué)、三星等國(guó)際知名跨國(guó)企業(yè)紛紛將石墨烯及其應(yīng)用技術(shù)作為長(zhǎng)期戰(zhàn)略發(fā)展方向，而且還涌現(xiàn)出了大批專門從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的機(jī)構(gòu)和企業(yè)。
正處于概念導(dǎo)入期、產(chǎn)業(yè)化突破前期。
實(shí)驗(yàn)室成果和專利產(chǎn)品要成為商品，一般需要經(jīng)過5個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)室研發(fā)——實(shí)驗(yàn)工廠(小試)——示范生產(chǎn)線(中試)——示范工廠——規(guī)?；a(chǎn)，每個(gè)階段都不可或缺，并且都潛在著風(fēng)險(xiǎn)，不可能一蹴而就，這個(gè)過程需要10年、20年、甚至更長(zhǎng)時(shí)間。比如，硅材料歷經(jīng)了20多年、碳纖維堅(jiān)持了半個(gè)多世紀(jì)。
從Gartner的技術(shù)成熟度曲線來(lái)看，石墨烯產(chǎn)業(yè)總體上正處于概念導(dǎo)入期、產(chǎn)業(yè)化突破前期，正從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化。目前以石墨烯粉末(體)為原料的低端產(chǎn)品，如功能涂料、復(fù)合材料、電極材料和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型材料等，雖然部分已初步產(chǎn)業(yè)化，但規(guī)模小、技術(shù)含量不高、附加值較低。
而以石墨烯薄膜為原料的高端產(chǎn)品，如微電子材料和顯示屏薄膜材料等，或處于實(shí)驗(yàn)室階段，或處于中試階段，短時(shí)間內(nèi)均難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家認(rèn)為，目前石墨烯技術(shù)成熟度還在1-4級(jí)，尚不適宜大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
二、我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及存在的問題
全球石墨烯研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化最為活躍的國(guó)家之一。
我國(guó)高度重視石墨烯的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。上至國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人，下至地方政府、媒體、企業(yè)和普通老百姓都十分關(guān)注石墨烯及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)展。國(guó)家自然基金委、科技部、國(guó)家發(fā)改委、工信部等相關(guān)部委都高度重視石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用，不斷加大投入和支持力度。目前已經(jīng)有幾百家科研機(jī)構(gòu)和公司從事石墨烯材料及其相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)。
我國(guó)石墨烯技術(shù)創(chuàng)新成果頻出，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展勢(shì)頭迅猛，走在世界前列。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2016年底，我國(guó)石墨烯專利申請(qǐng)量占全球68.2%，85%以上的理工科學(xué)校都有石墨烯相關(guān)的研究團(tuán)隊(duì)，有的高校甚至一個(gè)學(xué)校就多達(dá)10多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)。2017年，兩項(xiàng)石墨烯研究成果獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)。不僅如此，我國(guó)從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)的企業(yè)數(shù)也是全球最多。
截至2017年2月底，全國(guó)在工商登記注冊(cè)的石墨烯企業(yè)2509家，僅2016年一年就新增457家。我國(guó)石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品上百種，但是得到市場(chǎng)認(rèn)可的寥寥無(wú)幾。資本市場(chǎng)也紛紛拿石墨烯進(jìn)行炒作，一些投資機(jī)構(gòu)和上市企業(yè)紛紛進(jìn)軍石墨烯領(lǐng)域。目前涉及石墨烯概念股將近40-50家。各地政府紛紛通過制定產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、建立產(chǎn)業(yè)園區(qū)、設(shè)立重點(diǎn)科技專項(xiàng)和產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)基金、建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、組建研究院和出臺(tái)扶持政策等措施，支持石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，截至目前，全國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)園區(qū)、研究院等多達(dá)37家;幾乎每個(gè)月都有1-2場(chǎng)石墨烯相關(guān)的會(huì)議、論壇等。近年來(lái)，石墨烯也受到各種媒體的熱捧，關(guān)于石墨烯的各種報(bào)道鋪天蓋地，頻繁進(jìn)入人們的眼球，充斥著“一片藍(lán)海”、“帶來(lái)萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)”、“顛覆性革命”、“充電十分鐘，可跑1000公里”、全面代替硅材料等言過其實(shí)、過分夸大石墨烯性能的標(biāo)題。
產(chǎn)業(yè)低端化發(fā)展苗頭初顯。
與美、日、韓等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本處于產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈的低端，雖然資本界、學(xué)術(shù)界、媒體界等“熱情高漲”，但無(wú)法掩蓋上游材料生產(chǎn)企業(yè)盲目擴(kuò)大產(chǎn)能，下游應(yīng)用集中在附加值低的產(chǎn)品、低端產(chǎn)能擴(kuò)張過快、產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重等問題，已經(jīng)初步顯示出“低端化“發(fā)展的苗頭。
主要表現(xiàn)在：專利“重量輕質(zhì)”。雖然我國(guó)石墨烯專利申請(qǐng)量超過全球申請(qǐng)總量半數(shù)以上，穩(wěn)居全球首位，但存在實(shí)用新型專利多、原創(chuàng)基礎(chǔ)專利少，國(guó)內(nèi)專利多、國(guó)際專利少，高校專利多、企業(yè)專利少的現(xiàn)象。下游“優(yōu)材低用”。目前下游應(yīng)用多集中在粉體(類石墨烯)領(lǐng)域，產(chǎn)品主要是石墨烯智能保暖理療暖貼、石墨烯發(fā)熱服裝、石墨烯織物等輕應(yīng)用，同質(zhì)化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，即將石墨烯作為改性添加劑應(yīng)用于涂料、復(fù)合材料、動(dòng)力電池等規(guī)模大但對(duì)石墨烯的品質(zhì)要求并不高的領(lǐng)域，產(chǎn)品附加值不高，在晶體管、傳感器、柔性觸摸屏、可穿戴設(shè)備、環(huán)境治理等高端應(yīng)用領(lǐng)域偏少。環(huán)?！半[患猶存”。目前的制備技術(shù)普遍存在能耗、水耗大和工藝不環(huán)保等問題，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)存在較大隱患。
面臨技術(shù)、市場(chǎng)、成本三大產(chǎn)業(yè)化制約瓶頸。
目前，石墨烯雖然已經(jīng)走出了實(shí)驗(yàn)室，但是大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍然面臨著很多制約因素。
首先是技術(shù)問題。包括制備、分散、應(yīng)用和環(huán)保等關(guān)鍵技術(shù)和裝備都尚未突破。雖然目前石墨烯制備技術(shù)已經(jīng)有20多種，但規(guī)?；?、低成本、高品質(zhì)和大尺寸的宏量制備技術(shù)尚未取得實(shí)質(zhì)性突破，難以滿足工業(yè)化量產(chǎn)的需求。材料的分散技術(shù)，以及與下游工藝、工程化應(yīng)用相結(jié)合的技術(shù)等都還制約著產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
其次是市場(chǎng)問題。雖然目前各種應(yīng)用產(chǎn)品層出不窮，百花齊放，但是缺乏真正的高品質(zhì)、高附加值和體現(xiàn)石墨烯獨(dú)特性能的殺手锏級(jí)產(chǎn)品，絕大多數(shù)只不過是對(duì)傳統(tǒng)材料進(jìn)行改性或者努力替代已經(jīng)成熟的材料，經(jīng)過改性后的材料性能提升并不明顯，或者石墨烯并不是非添加不可，個(gè)別甚至在添加之后出現(xiàn)不良后果，難以得到市場(chǎng)認(rèn)可。一些研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)號(hào)稱取得了突破進(jìn)展，也只不過是做出了樣品或?qū)嶒?yàn)室產(chǎn)品，根本沒有形成商品。目前大多數(shù)石墨烯生產(chǎn)企業(yè)還主要是給科研機(jī)構(gòu)或下游應(yīng)用企業(yè)提供石墨烯試用品。如果下游應(yīng)用市場(chǎng)沒有激活，石墨烯就很難產(chǎn)業(yè)化。
三是成本問題。目前大多數(shù)企業(yè)尚處于小批量生產(chǎn)的探索階段，還不能形成穩(wěn)定的規(guī)模化生產(chǎn)能力，沒有資金的回籠;且企業(yè)前期的研發(fā)投入資金量大、周期長(zhǎng)，應(yīng)用市場(chǎng)沒有打開，所以不論是材料本身，還是應(yīng)用產(chǎn)品的成本都很高，這都阻礙了石墨烯進(jìn)一步走向市場(chǎng)。
此外，石墨烯產(chǎn)業(yè)化之路還存在其他一些障礙。比如，石墨烯在某些性能方面本身也存在競(jìng)爭(zhēng)性材料，如碳纖維、碳納米管、硅材料、石墨烯粉體等。石墨烯制備還存在著環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。氧化石墨烯制備過程中需要大量的酸、堿，材料本身具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和極易擴(kuò)散，對(duì)環(huán)境具有較大的風(fēng)險(xiǎn)。石墨烯的標(biāo)準(zhǔn)缺乏，加之一些誤導(dǎo)，使得人們對(duì)石墨烯還存在認(rèn)知上的誤區(qū)，如片面夸大石墨烯的微觀性能、將“類石墨烯”石墨烯化(如將石墨烯、氧化石墨烯、石墨粉體等混為一談)、石墨烯必須依托石墨資源等。
三、推進(jìn)我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的對(duì)策建議
國(guó)內(nèi)外學(xué)者和產(chǎn)業(yè)界都認(rèn)為石墨烯是一種新型的二維碳材料，看好其廣闊的應(yīng)用前景。我國(guó)有著豐富的石墨資源，國(guó)家高度重視石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面走在前列。但是，在媒體、資本的熱炒下，石墨烯也呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化虛假繁榮的泡沫和低端化趨勢(shì)，市場(chǎng)化應(yīng)用頻頻遇冷，遭到了人們的質(zhì)疑。如果人們被鼓噪起來(lái)的熱情和厚望遲遲得不到兌現(xiàn)或者幻滅，最終將導(dǎo)致石墨烯產(chǎn)業(yè)陷入納米、超導(dǎo)等材料的命運(yùn)，狂熱之后是徹底地逃離、失望和不信任，這對(duì)石墨烯的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化將是致命的打擊。
石墨烯作為一種新材料，從發(fā)現(xiàn)到大規(guī)模應(yīng)用，是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，不可能一蹴而就，需要遵循“料-材-器-用”的規(guī)律和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，更需要扎扎實(shí)實(shí)的不懈努力和鍥而不舍的創(chuàng)新精神、工匠精神。
(一)加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和政策引導(dǎo)
一是要重新審視和評(píng)估我國(guó)石墨烯發(fā)展方向和階段。在深入研究美國(guó)、歐盟、日本、韓國(guó)等國(guó)家的石墨烯發(fā)展策略、重點(diǎn)方向、研發(fā)布局等，把握國(guó)際研究的主流方向，對(duì)我國(guó)石墨烯的研發(fā)方向進(jìn)行重新審視，避免方向的錯(cuò)誤和偏差.
二是將石墨烯重點(diǎn)研究方向與制造業(yè)強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略相統(tǒng)一.圍繞新一代信息技術(shù)、航空航天裝備、節(jié)能與新能源汽車、生物醫(yī)藥等重點(diǎn)領(lǐng)域發(fā)展需求，聚焦重點(diǎn)，從國(guó)家層面進(jìn)行前沿性和戰(zhàn)略性方向、專利和產(chǎn)品的布局，而對(duì)于那些技術(shù)含量不高的產(chǎn)品、技術(shù)交給市場(chǎng)。
三是遵循相應(yīng)的科學(xué)規(guī)律和階段性特征，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和政策指導(dǎo)。制定相應(yīng)的發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃和路線圖，對(duì)各階段的發(fā)展目標(biāo)、產(chǎn)業(yè)布局、重點(diǎn)企業(yè)培育、關(guān)鍵技術(shù)突破、下游應(yīng)用行業(yè)、政策等進(jìn)行統(tǒng)一部署，合理規(guī)劃產(chǎn)能和發(fā)展路徑，推進(jìn)石墨烯差異化、特色化、集群化發(fā)展，避免低端同質(zhì)化重復(fù)建設(shè)。
四是加強(qiáng)專利的前瞻布局和質(zhì)量提升。加強(qiáng)石墨烯專利申請(qǐng)前的評(píng)估、細(xì)化專利鼓勵(lì)政策、建立完善公眾專利審查制度、加強(qiáng)專利授權(quán)事后審查等，提升專利質(zhì)量和水平;引導(dǎo)實(shí)力較強(qiáng)的研究院所聯(lián)合企業(yè)加強(qiáng)專利的前瞻性、系統(tǒng)性布局，尤其在半導(dǎo)體器件、醫(yī)療健康、環(huán)境領(lǐng)域(如海水淡化、污水處理等)、基因測(cè)序等高技術(shù)含量領(lǐng)域進(jìn)行專利布局。
五是盡快研究制定石墨烯技術(shù)成熟度路線圖.對(duì)技術(shù)進(jìn)行成熟度評(píng)價(jià)和重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)成熟度、經(jīng)營(yíng)狀況、產(chǎn)品銷售等進(jìn)行評(píng)估，科學(xué)評(píng)判其產(chǎn)業(yè)化階段性和發(fā)展前景，避免盲目樂觀，過度炒作。堅(jiān)決制止一蹴而就、急功近利和投機(jī)心理，樹立嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)、堅(jiān)持不懈的工匠精神，引導(dǎo)媒體正確地宣傳。
(二)推動(dòng)制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)的突破
整合各類創(chuàng)新資源，建立國(guó)家級(jí)石墨烯創(chuàng)新中心，制定技術(shù)創(chuàng)新目錄和技術(shù)突破路線圖，對(duì)材料制備技術(shù)、清潔生產(chǎn)技術(shù)、下游高端應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)加強(qiáng)攻關(guān)。設(shè)立石墨烯產(chǎn)業(yè)基金，采用政策性財(cái)政支出和社會(huì)資本共同參與的模式，加快關(guān)鍵技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化，尋找殺手锏級(jí)的高端應(yīng)用領(lǐng)域、方向和產(chǎn)品。
(三)加快石墨烯標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)
一是加強(qiáng)國(guó)際交流合作。積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，制定與國(guó)際接軌的石墨烯材料標(biāo)準(zhǔn)體系。
二是盡快研究制定一批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。包括相關(guān)產(chǎn)品定義、檢測(cè)和使用標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范條件，從產(chǎn)業(yè)布局、生產(chǎn)工藝與裝備、清潔生產(chǎn)、質(zhì)量管理等方面加以規(guī)范。
三是加強(qiáng)對(duì)石墨烯領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制定工作的財(cái)政扶持，鼓勵(lì)有條件的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)參與制定工作，尤其是目前技術(shù)成熟度高、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用較為成熟的復(fù)合材料、防腐涂料、鋰離子電池等下游應(yīng)用領(lǐng)域，其標(biāo)準(zhǔn)的的制定更要提高相關(guān)應(yīng)用企業(yè)的參與度。
(四)搭建政產(chǎn)學(xué)研產(chǎn)業(yè)發(fā)展平臺(tái)
出臺(tái)扶植石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)政策，加強(qiáng)政策引導(dǎo)，營(yíng)造良好的發(fā)展環(huán)境;加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng);鼓勵(lì)企業(yè)創(chuàng)新，加強(qiáng)企業(yè)與高校、科研機(jī)構(gòu)的緊密合作，成立企業(yè)技術(shù)中心，搭建產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)，形成以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系，聚焦重點(diǎn)產(chǎn)品，完善重點(diǎn)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，刺激重點(diǎn)產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，加快重點(diǎn)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程;鼓勵(lì)地方創(chuàng)立石墨烯專業(yè)園區(qū)，建設(shè)完善公共服務(wù)平臺(tái)，發(fā)揮專業(yè)園區(qū)在產(chǎn)學(xué)研合作中的載體作用，形成產(chǎn)業(yè)孵化培育體系，推動(dòng)科研成果的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。
(五)培育領(lǐng)軍型企業(yè)和人才
充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)政策和財(cái)政資金的引導(dǎo)作用，鼓勵(lì)社會(huì)資本參與，以培育具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)為目標(biāo)，選擇少數(shù)真正有創(chuàng)新實(shí)力的企業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)培育，促進(jìn)人才、資源、資本向優(yōu)勢(shì)企業(yè)集中;加強(qiáng)企業(yè)高端人才隊(duì)伍建設(shè)，結(jié)合國(guó)家“千人計(jì)劃”和國(guó)際合作項(xiàng)目等，幫助優(yōu)勢(shì)企業(yè)引進(jìn)能夠帶來(lái)核心技術(shù)的高端人才或技術(shù)團(tuán)隊(duì)，建立健全高端人才保障機(jī)制。
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