中国石墨烯市场趋势

1、石墨烯市场发展趋势分析2016-02-12 05:03:00 来源： 知乎 作者：宮非石墨烯，这个让人又爱又恨的家伙，看起来像是高大上，实际上也不过是我们平日用的“铅笔”中的几层而已。但由于热与压力的缘故，使得石墨烯在大自然无法自行生成，必须透过某些工艺来取得，这个难题这就它成为各国追捧的前沿材料。其实，进入石墨烯行业的门坎很低，每间高校的材料化学课题组都可以自行制备，但要做得好很困难，因为你根本不懂石墨烯怎么去运用在各种领域上。站在巨观的角度，石墨烯已经被证明有那么多优异的性质，在现今材料突破的方向发展绝对是正确的。但在微观的角度来看，先前因为石墨烯制备困难，业者认为性价

2、比太低没有意愿参与，现在可以量产了，价格也很低，但却遇到传统氧化还原法的石墨烯物性差真正石墨烯太多。加上中国从 2006 年就有石墨烯公司成立到现在，很遗憾的多是停留在“只闻楼梯响”的阶段，前段时间还高谈 2015 年是中国石墨烯产业的爆发元年，但现在的情况还是令人失望。(见图一. 石墨烯八大物性。)第一部分我们来回顾中国石墨烯的发展道路。中国自 2009 年积极推动石墨烯产业，即便在 2013 年陆续成立了产业联盟，几年过去了还是没有太多令人惊艳的成果，让我们不禁疑虑难道石墨烯不像我们听到的那么神奇了吗？其实不然，只不过问题核心出在三个地方第一，正由于制备氧化石墨烯进入门坎低所以充斥市面，但

3、石墨烯氧化物为绝缘体，做导电、导热材料效果势必不佳第二，目前台面上的石墨烯公司的领导大多都是学者出身，往往都有其专业领域但非渠道出身，为取得石墨烯材料而参考 Hummers 法改良成可量产，但这通常制约其往其他不同领域深研的机会第三，错以为石墨烯为“超级材料”加进去就有效，其实石墨烯不能黏附在各类材质上，必须以高分子复材方式进行，那就要先解决界面问题，要懂得依功能需要挑选不同基材后，石墨烯的组分也不同，加上石墨烯有 600多种品项，一家公司只有氧化还原制备几种石墨烯怎么可能符合各类型应用技术来。(见图二.中国石墨烯产业化基地。)但吊诡的是 99% 的石墨烯厂家都采用氧化还原法，原因很简单，就是

4、可以量产使成本大幅下降。我估算过如果在高校实验室制备石墨烯为每克 40 元，石墨烯公司生产氧化石墨为 1 元的话，还原氧化物石墨烯大概不超过 5 元。但除了应用范围受限外，更严重的问题是废酸处理成本及后续影响环境未被计算进成本，生物质石墨烯，靠谱吗？。所以我才会一直呼吁那些成立很久的石墨烯公司如果不自废武功重新来过，未来将不可能有机会改变现况的。这是石墨烯产业化无法突破的第一点。其次，千万不要把石墨烯当成“超级材料”，材料应用总是离不开各类机理的。加上石墨烯属于增益材料，渗滤阈值通常很低就达到很好的效果，所以在机理后要以主材质的角度去思考。我们举石墨烯导电油墨为例 (片电阻 10E0 奥姆，比

5、 Vorbeck 还高一个数量级，成本为 15)，首先，要考虑涂布在何种基材？为了不脱落要选用甚么树脂？ 树脂与石墨烯的界面怎么解决？要加入那些成分以达到导电网络与分散均匀？ 接着还要考虑石墨烯渗滤阈值多少才能超出现有市售规格？ 最后，终端成本的性价比如何？ 传统石墨烯公司的思维是乱枪打鸟，就免费送呗，总会被我蒙到几个可以用的产品，但你只有一二种石墨烯材料，难怪到现在还一事无成。这是石墨烯产业化无法突破的第二点。最后，近年来中国各地政府大力支持石墨烯产业，从重庆、山东、江苏及广东形成几个石墨烯部落，当地政府甚至祭出补助方案，但是应用技术推广失利的恶性循环下，大部分石墨烯公司不是经营困难就是半歇

6、业领补助。各位回想 2015 年 3 月发表的影驰手机现在在何处？那些石墨烯润滑油、枕头或体温计，我们该到哪里才买得到。我只能说这些厂家不负责任，加入石墨烯不过提升个 3040% 就急得发表，要不是有压力，要不就是想制造话题，否则消费者根本不买单，坏的是让民众对石墨烯不再有憧憬了，那还高谈阔论石墨烯产业元年将情何以堪？这是石墨烯产业化无法突破的第三点。我在这里归纳了造成石墨烯的乱象有三：第一点，有了石墨烯量产能力并不代表可以商品化。石墨烯生产工艺主流大致上分成两个区块，第一块是以氧化还原法制备石墨烯粉末 (含氧化石墨烯)，第二块是以化学气相沉积制备石墨烯薄膜。这两个技术基本上与国外并无太大差异

7、，石墨烯粉末都是同样师法改良式 Hummers法，这连一般高校化工、材料系的课题组都可以自己做出来。基本上大陆由于资源挹注较多，所以产能上比国外更大。但值得我们省思的是中国投入这么多的资源，结果却是在全球石墨烯产业综合发展实力排行仅是第三？中国石墨烯专利申请累积 13，427 件，远高于第二名美国的 4，429 件，但我们又有哪些应用商品真正上市呢？第二点，为了追求量产的结果牺牲了石墨烯物性。中国石墨烯产业自 2009 年推动迄今为何一筹莫展？其原因有三在前面已经说明了。难道，中国石墨烯产业就没有机会了吗？最近有个机会与中科院某个研究所谈到石墨烯润滑油合作开发项目，他们采用机械剥离及电化学法自

8、行制备石墨烯材料，据他们说每克成本仅 1 元。这是好事，虽然机械剥离法一般在 10100 微米之间，存在产率低和成本高的不足，不能满足工业化和规模化生产要求，但至少已经往对的工艺方向去进行。其次，每天仅生产几十公斤，这在中试前还不太有影响，但进入量产前就要先规划好后续可行方案才行。第三点，发展中国结合渠道及政策的石墨烯旗舰计划才是王道。我们看到欧盟石墨烯旗舰计划讲求打群架，反观中国石墨烯各地产业联盟做的是抢食少数应用市场，分散资源各自为政，这才是我们最不愿意看到的现象。简单地说，国家政策很明确是鼓励石墨烯产业的，但只想靠政府补助却不去思考如何整合石墨烯产业，终究会被市场淘汰的。他山之石可以攻错

9、，中国一定要以整个石墨烯平台的概念去整合“政府- 资金- 渠道- 技术- 生产”的模式才能突围，这点我们会在后面再说明清楚。第二部分，我将厘清大家对石墨烯的几点误解。第一、石墨烯产业的发展还需要寻找石墨烯的真正应用，即那种“独占式”、能够体现石墨烯优势的应用。答：错。我一直鼓吹“机理为本、石墨烯为用”。石墨烯无非是一种碳材料，跟碳纤维、碳纳米管没有本质的区别，关键是看用在哪里，只要性价比足够好，市场足够大，就是很好的应用。很多已经成熟的应用，其实都没有看上去那么“高大上”，譬如塑料、涂料及润滑油这些接地气的产品已经可以先商品化了。(见图三. 石墨烯应用技术范畴。)第二、石墨烯就是单层石墨，其它

10、的都不是石墨烯。答：错。石墨烯存在两种形态石墨烯薄膜和石墨烯粉体，我们发现不同的石墨烯制备技术可以适用在不同的应用技术。把单层石墨烯当作宝是不切实际的想法，记得前面举过石墨烯导电油墨的例子，既然石墨烯导电性世界第一，干么不直接黏附在基材上就好，原因在石墨烯本身无法直接黏附在任何材质上 (沉积法除外)，必须与高分子结合成复材形式才能不脱落。在这个例子还不能用单层石墨烯，倒不是成本的问题，而是层与层如果没有连成导电网络就无法达到导电功能，加入过多石墨烯会使高分子变硬变脆，反而做不出好的导电油墨来。(见图四. 石墨烯应用技术与材料矩阵。)第三、石墨烯的主要挑战是要同时满足两个条件：低成本和高质量。答

11、：错。我们已经发展五代的石墨烯都已经达到每克 1 元以下成本，经 XPS 检测含氧率仅 0.10.5%，接近纯石墨烯，其他表征数据也证明质量已经达到高水平。那接下来的挑战是甚么？其实在于唤醒中国大型公司对石墨烯的信心。过去三年我接触许多上市公司，对于成本及质量都很赞叹，坦言对我说如果是几年前马上就投资合作，但过去受到石墨烯概念股的忽悠，还是要我们做出样品再来讨论。上个月我们才刚以普兰特 I 型水泥完成 28 天龄试片，经抗压强度测试高于市售产品 200%，反正真金不怕火炼，只要找到对的材料，加上我们有超过 200 种石墨烯材料组合，成功机率自然高过同业。(见图五. 石墨烯各类检测表征。)第四、

12、石墨烯不能一药治百病，踏实做好研究才是关键。答：前面对、后面错。石墨烯终究要结合各类机理来制备客制化石墨烯，才能达到预期的物性，所以我一直强调石墨烯不是超级材料，倒是可以用工业味精来形容它。我说后面错并不是说踏实做好研究不对，而是在做好研究之前，先要清楚你究竟要做甚么？那就是我说的方向。康飞宇教授曾说：中国目前面临着石墨烯研发仍然局限于高校和科研院所，虽然在石墨烯论文发表量上位居全球首位，但不少科研院所并不知道产业界到底要什么，科研和应用脱节问题突出。所以，做好研究 (是方法) 却不能商转是浪费国家资源的大事，千万不要本末倒置。(见图六. 石墨烯生产工艺。)第五、中国在基础研究上的问题，主要是

13、缺乏国家的引导，而企业不可能做这方面投入。答：错。回到市场机制才是王道。国家政策很清楚，我这几年接触地方政府及上市公司的经验告诉我，地方政府招商当地投资以促进税收及就业，上市公司面临企业转型危机，大家都在等石墨烯能实现多赢局面，但几年过去了，补助也给了，成果还是没看到。所以溯本清源，石墨烯产业应反求诸己，先证明自己的技术可以取代现有市面产品，争取上市公司合作回馈在当地设厂，这才是负责任的态度。过去地方并不是没有给优惠政策，成果不好也可以归咎材料不佳或想法错误，如今已经有公司突破这些困境，我倒希望各地石墨烯产业联盟能负起该尽的义务。当然还是有不少有识之士，能够看到这个领域的发展规律，谁说企业不可

14、能主导整个平台呢 (见图七. 石墨烯产业整体套路。)第六、石墨烯产业化应该做的不仅是高品质的材料，还有配套的应用解决方案？答：观念是对的，但很少有厂商做得到。朱宏伟教授曾说：现在国内的石墨烯应用，有些确实是在炒概念，真正做石墨烯的企业其实没有几家，很多都是原来做石墨等碳材料的企业，甚至完全不相关的企业打着石墨烯的旗号，或者炒作股票，或者争取国家基金，真正做石墨烯并且真正能赚钱的企业屈指可数。好了，就算你跳出学界自行创业，但你只会用原先写论文时的那套工艺，做的是学校后续研究的产业版，但残酷的是生产追求“一致化”，现实也是很残酷的。更严重的是并不知道产业界到底要什么，科研和应用脱节问题突出。第七、

15、石墨烯是不是一蹴可及的？答：这是一条漫长但值得投入的产业。Geim 之前接受中国媒体采访时就指出，许多已发表的石墨烯论文中，一半的研究会被废弃掉。另一方面，许多专利，特别是产自大学的专利，其中 90% 并没什么价值，99% 的专利最终会作废，维护这些专利也会花很多费用，很多人为此在浪费生命。我们认为物尽其用，学界的优势在不断实验找出藏在背后的机理，产业的优势是嗅出可以取代现有技术的缺口，虽然有些像安全及生命的技术需要认证期较长，我们却可以先进行一些门坎低、验证期短的产品先导入市场。第八、2015 年是否可以看作是石墨烯商业化的元年？答：我不认同，因为还是没有令人惊艳的成果。2015 年对整个石

16、墨烯行业来说，已可以用轰轰烈烈来形容，很多人认为可以看作是石墨烯商业化的元年。但是，在喧闹的背后，不能不正视的事实是，现有的商业应用依然是对现有材料有限的改进，而并没有质的提升，由于石墨烯概念受到资本市场的追捧，产业化发展迅速，但炒作的现象还是跟印象中的石墨烯概念股一样，让民众又再次失望了。第九、难道采用氧化还原法石墨烯的厂商就没有救了吗？答：错。制造氧化还原石墨烯的设备以简单的反应釜设备和超声波设备为主，但是这样的方法做出来的石墨烯，强烈的氧化过程会造成石墨烯结构的大量缺陷，这些缺陷导致石墨烯导电导热性能的大幅度下降。另外氧化石墨烯即使经过还原，石墨的片层结构的缺陷不能被修复，石墨烯片层上会

17、含有大量的含氧官能团(5-15%)。这种方法所生产的石墨烯，缺点是氧化还原的操作过程过程复杂繁琐，废酸废水产生量太大，污染严重不容回避。氧化还原法生产 1 克石墨烯会产生 200 克以上废酸，甚至回收废酸的成本比原料还要高，加上适用范围有限，只有自废武功重来才有机会。中国的产业化走在世界的前面，不好的方面，是基础研究没有跟上，国外比较注重基础研究，并不急于商业化，再过三五年，发展势头就会放缓，欧洲的优势就会体现出来。如果已经达到那个地步，中国业者接着要怎么办呢？ 我们愿意做领头羊，透过各地建置石墨烯产业园模式把石墨烯材料组合释放出来，只要大家捐弃成见，形成共识，谁说企业不可能做这方面投入。第十、给中国石墨烯产业化的建议为何？答：我认为要找资金不难，找到愿意合作开发的出海口比较难，原因多半因这些大公司担心技术外泄给竞争对手，情愿自己买来蛮干，但隔行如隔山，石墨烯技术涉及太多不同领域，即使售价已经降到每克 3元，這些大公