常州市武进区石墨烯材料产业发展路径研究

常州市武进区石墨烯材料产业发展路径研究何大方，张铭，史小军*，高岩，徐袁

(1.常州大学，江苏常州213164；2.江南石墨烯研究院，江苏常州213149；3.常州市生产力发展中心，江苏，常州213131)

0引言

石墨烯是由1个碳原子与周围3个近邻碳原子结合形成的蜂窝状结构碳原子单层。单层石墨烯的厚度仅为0.35nm，是目前已知最轻最薄的材料。它在室温下的电子迁移率为2×105cm2/(V·s)，是光速的1/300，理论比表面积能够达到2630m2/g，全波段光吸收只有2.3%，导热率高达5300W/(m·K)，杨氏模量超过1100GPa，抗拉强度超过130GPa，且韧性非常好，在光、电、热、力等方面性能卓越，被誉为“材料之最”和“材料之王”[1]。2022年，石墨烯的发现使安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫荣获当年诺贝尔物理学奖。因其优异性能，石墨烯有望在新能源、新材料(化工、结构、功能等)、半导体产业、电力电气、穿戴电子、医疗卫生、节能环保、海洋工程、航空航天、军工等传统领域和新兴领域带来革命性的技术变革，成为下一个万亿级新兴产业[2-3]。

1国内外石墨烯产业发展现状

世界各国皆将石墨烯提高到空前的战略高度，投入大量人力、物力和财力抢占这一未来产业制高点。目前全球有80多个国家和地区开展了石墨烯相关研究，纷纷出台了产业规划、扶持政策、战略布局，并给予大量资金支持。中国、美国、欧盟、英国、日本、韩国先后从国家层面开展战略部署，出台多项扶持政策和研究计划，处于石墨烯技术与产业化前列。

1.1国内石墨烯产业发展现状

我国高度重视石墨烯产业发展，综合发展水平走在世界前列。截至2022年5月，在全国工商系统注册的带有石墨烯经营范围的企业多达58079家，涉及石墨烯材料制备、应用开发、终端应用、产业服务等各个关键环节，实际开展石墨烯业务的企业超过3000家，其中，材料制备领域相关企业300多家，应用领域相关企业超过1000家。从石墨烯粉体的规模化生产能力来看，粉体材料的年产能达到5100t，CVD薄膜年产能达650万平方米，国外产能加到一起也没中国多。从下游应用来看，我国的石墨烯已经初步形成了以新能源、涂料、大健康、节能环保、化工新材料、电子信息和生物医疗为主的七大产业化应用领域。2022年，我国石墨烯产业市场规模已经达到100亿元，较2022年的6亿元实现年均增长超过100%；2022全年石墨烯市场规模达到135亿元左右。预计2022年，石墨烯市场规模可达150亿元，2025年有望达到1000亿元，成为全球最大的石墨烯消费国家。

我国已经基本形成以长三角、珠三角和京津冀鲁区域为聚合区，多地分布式发展的石墨烯产业格局，江苏、浙江、北京、广东等省市建立了近40家石墨烯产业园、石墨烯创新中心和石墨烯生产基地，其中部分产业园已形成较完整的产业链，基本覆盖了从制备及应用研究到石墨烯产品生产，直至下游应用的全环节，常州、宁波、深圳、北京等城市走在全国前列。

1.2国外石墨烯产业发展现状

(1)美国。美国早在2022年就开始在国家层面开展石墨烯相关研究，重点支持石墨烯晶体管、能量存储、超级电容器、生物技术等领域。当前，美国石墨烯产业布局呈现多元化，并且产业链相对完整，基本覆盖了从制备到应用研究、产品、下游应用的整个环节，科研院所与企业关系较为密切，科技成果转化速率也更快。美国涉及石墨烯的企业不仅有诸如IBM、英特尔、波音、福特等研发实力强劲的大型企业，还有像美国纳米技术仪器公司、沃尔贝克公司等以石墨烯为核心业务的中小型企业，他们对美国的石墨烯技术产生了深远的影响。同时，美国是当前全球石墨烯领域唯一有军队、国防部高程度支持研发与推广的国家，其能源部、国防部、空军科研办公室、太空总署等多次出台政策与资金支持石墨烯研究。

(2)欧盟。欧盟的石墨烯研究起步早且系统性强，并将石墨烯研究提升到战略高度，资金支持力度大，基础研究扎实。但是，由于涉及下游应用的企业较少，产业化进程推进较慢。欧盟自2022年将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一，计划10年内提供10亿欧元资助，旨在把石墨烯和其他二维材料从实验室推向社会，促进产业革命和经济增长。项目参与的企业主要包括空客、菲亚特-克莱斯勒汽车、汉莎技术公司、西门子和ABB等，重点支持石墨烯在5G、射频识别、可穿戴柔性电源、化学传感器、太阳能发电、高能电池、水过滤、遥感、生物传感器、骨骼修复、大尺寸半导体等领域的应用。

(3)英国。作为石墨烯的“诞生地”，英国在石墨烯的基础研发方面居于全球领先地位，但从事商业开发的石墨烯企业较少。为加快英国石墨烯产业的研发及应用，英国政府也投入巨资加快石墨烯产业发展，主要围绕曼彻斯特大学进行，先后在曼彻斯特大学成立了国家石墨烯研究院及石墨烯工程创新中心，以加速石墨烯的基础研究及应用开发。目前，该创新中心已经建成并投入使用，与FirstGrapheneLtd、Haydale石墨烯工业公司、Versarienplc公司建立合作，以开发石墨烯及其应用产品。此外剑桥石墨烯研究中心同曼大国家石墨烯研究院一样是英国石墨烯协同创新组织的一部分，定位是工程创新中心，主要任务是桥接学界和工业界，推动石墨烯及2D材料的产业化，促进应用科研成果的市场化进程，重点强调2D材料相关的应用。

(4)韩国。韩国石墨烯产业产学研结合紧密，在基础研究和产业化方面发展较为均衡，整体发展速度较快。政府层面，韩国政府通过资金支持、整合研究力量等多方面加大支持力度；研究层面，韩国成均馆大学、韩国科学技术院等均在石墨烯研究方面拥有较强的实力；企业层面，主要以韩国三星集团和LG公司为主，投入了巨大研发力量保证石墨烯应用于柔性显示、触摸屏以及芯片领域的国际领先地位。

(5)日本。日本依托良好的碳材料产业基础，是全球最先进行石墨烯研究的国家之一，整体发展较为全面。包括日本东北大学、东京大学、名古屋大学等在内的多所大学，以及日立、索尼、东芝等众多企业都投入大量资金和人力从事石墨烯的基础研究及应用开发，研究重点主要集中在石墨烯薄膜、新能源电池、半导体、复合材料和导电材料等领域。

2常州市武进区石墨烯产业发展现状

2.1发展起步早

武进是全国最早提出发展石墨烯产业的地区，2022年成立江南石墨烯研究院，是全球首个石墨烯应用开发和研究机构；2022年，常州二维碳素就率先发布了全球首款石墨烯电容式触摸屏；2022年，常州二维碳素建成了全球首条3万平方米石墨烯透明导电薄膜生产线，常州第六元素建成了全球首条年产100t氧化石墨烯/石墨烯粉体生产线;2022—2022年，第六元素和二维碳素先后登陆新三板，成为全国最早一批石墨烯上市企业;2022年常州石墨烯科技产业园获批全国唯一的国家石墨烯高新技术产业化基地;2022年西太湖获批建设全国首个石墨烯特色小镇;2022年，江南石墨烯研究院作为集群发展促进机构申报的常州新型碳材料先进制造业集群入围国家队。

2.2培育企业多

武进以西太湖为核心阵地，累计集聚石墨烯相关企业160多家，已完成了从研发设计到应用生产的全产业链布局，并涌现出了一批领军企业，如石墨烯粉体领军企业——第六元素，石墨烯薄膜领军企业——二维碳素，石墨烯散热膜领军企业——富烯科技，石墨烯发热膜领军企业——二维暖烯，石墨烯屏蔽材料领军企业——中超石墨烯，武进区石墨烯领军企业占江苏省的80%。

2.3创新成果多

武进形成原创性石墨烯产品150余种，其中14项成果获得全球合作和全国首创，比如全球首款手机石墨烯散热膜、全球首款石墨烯重防腐涂料等。一批石墨烯示范应用引发广泛关注：富烯股份的石墨烯散热膜成功应用于华为手机，并获华为哈勃投资，引起行业轰动；碳索科技的石墨烯粉末涂料成功进入中国铁路，成为全国唯一的铁路用石墨烯粉末涂料供应商；杉元科技石墨烯导电剂已小批量交付比亚迪，将开启石墨烯改性电池新篇章。此外，石墨烯高端光栅、石墨烯发泡EPS、石墨烯改性纤维、石墨烯屏蔽材料、石墨烯发热系列产品等应用均展现出广阔的市场前景。

3武进区石墨烯材料产业发展存在的问题

3.1创新能力薄弱

武进区利用先发优势，成功引进了瞿研、董国材等一批石墨烯领域的高层次创新团队落户，但是随着北京、上海、深圳等更多地区开始重视石墨烯产业发展，强化对石墨烯项目和人才的落户支持后，武进区的比较优势明显不足，对石墨烯高端人才团队的吸引力和支撑力也受到挑战。武进区石墨烯的企业主要以小微创业企业为主，以生存为目标，更多专注于市场开拓，实现盈利的企业不多，企业难以从产品和市场积累资金，影响企业发展壮大，难以集聚高端人才和研发资源，技术攻关能力明显不足。武进石墨烯产业的自身创新能力比较有限，虽然一些高校和产学研创新平台开展石墨烯的应用开发，但是支撑石墨烯创新研发的动力薄弱。

3.2企业发展质量不高

武进石墨烯企业以初创期的中小微企业为主，受到人才、资金、市场及疫情影响，企业发展缓慢。特别是2022年以后，新企业增量有限，成长起来的企业比较少，对产业的发展和品牌提升作用不大。在市场方面，石墨烯产品的推广难，市场开拓总体比较困难，主要是由于石墨烯的产品比较优势不突出，性能虽然有一定优势，但是价格较高，整合性价比没有优势；石墨烯行业标准滞后，导致石墨烯产品无法大规模推广；行业固有利益难以打破，一些石墨烯产品性能突出，但是很多大型企业求稳，不愿意使用新材料、新技术，导致产品推广困难。

3.3项目有效投入偏低

早期资本市场石墨烯是“网红”，处于讲故事的阶段，只要有项目就不缺资本投资，投资价格更是卖方市场。但是随着石墨烯光环退却，资本市场回归理性，尤其是前几年获得投资的石墨烯项目发展达不到预期，投资方迟迟看不到回报预期，对石墨烯的怀疑态度在资本界蔓延。此外，很多上市公司只是通过参股或控股参与石墨烯产业，并未作为主营业务有实质性投入。然而，国外涉足石墨烯的都是三星、IBM、英特尔、巴斯夫等行业巨头，研发投入巨大，布局高端和前沿的领域，如可穿戴技术、半导体、生物医药等。

3.4政策支撑含金量低

与国内的先进地区相比，武进碳材料产业支持政策的力度偏低，2022年、2022年和2022年以区政府名义连续出台3轮碳材料专项政策，具体由西太湖组织项目和兑现奖励。对于碳材料企业引进的专业技术人员，生活费补贴和购房补贴等较低，政策兑现相对复杂，即人才不仅要满足学校等级的要求，也要满足专业的要求，更要所学专业和在企业所从事工作保持一致。西太湖受到环保、节能、安监、土地等环节的制约，对于碳材料项目落地确实存在限制条件，在具体项目评审中，管理部门会有一刀切的情况。

3.5顶层设计机制欠缺

区级石墨烯产业发展领导小组统筹推进石墨烯产业发展的力度不足，在工作理念方面，全区行政服务思维包容心态不够。石墨烯是新兴产业，不能偏重于苛求项目的销售和税收，而要看成长性和发展潜力。2022年武进区提出了打造“一核多区”的先进碳材料产业布局，以西太湖为核心，全区多地发展先进碳材料产业的格局，但是实际中区级层面还没有结合全区其他版块不同产业特点做与碳材料发展的统筹和推进工作，也没有关注和研究建立同一企业在不同区域内分公司的利益及税收分享分配机制，全区先进碳材料的统筹布局和系统性思维还不充分。

4武进区石墨烯材料产业发展对策与建议

4.1提升产业创新能力

加强与英国、美国、欧盟等国家和地区的交流合作，积极吸引英国曼彻斯特大学、英国石墨烯工程技术中心等知名高校和机构到常州设立技术转移中心、研发分支机构及实施创新成果。加强与国内发达地区合作，重点与北京石墨烯技术研究院、宁波石墨烯创新中心等合作联动，承担国家石墨烯创新中心的分中心和产业化基地等任务，汇聚一批优质创新资源。加强与长三角地区的南京工业大学、东南大学等高校院所的交流合作，围绕学校碳材料优势领域和领军团队，争取在武进区建设碳材料研发中心。

鼓励企业建设研发机构，支持石墨烯企业创建国家级和省市级重点研发平台，重点推动第六元素、富烯科技等企业建设省级企业研发机构，推动富烯科技、第六元素等企业与江苏省产业技术研究院合作建设企业联合创新中心。强化武石墨烯企业与江苏省石墨烯创新中心、常州大学碳材料研究院等本地机构深化合作，提升企业的创新能力和创新水平。建立共性技术难题揭榜制度，深化与常州大学、西安交通大学、南京工业大学、上海交通大学等高校的交流合作，推动高校专家团队与武进石墨烯企业开展深度合作，解决企业技术难题，推动技术成果落地。发挥好江南石墨烯研究院、江苏省石墨烯产业技术联盟等平台作用，组织各类活动，促进技术交流，提升企业的应用开发水平。

4.2招培联动培育企业

围绕石墨烯热管理、石墨烯大健康、石墨烯新能源等技术成熟度较高、市场应用规模较大的方向，积极招引上市公司、行业龙头企业的重大产业化项目，迅速做大石墨烯产业的整体规模。进一步招引石墨烯在半导体、传感器、生物医药、航空航天、轨道交通等领域的应用项目，拓展石墨烯高端应用。加强龙头培育，要明确培育重点，建立重点企业培育库，为第六元素、富烯科技等重点企业提供专项服务，解决企业发展的突出问题。建立企业梯度培养计划，打造科技型中小微企业、规上企业、高新技术企业、专精特新企业、行业单打冠军、上市(后备)企业的培育梯队。要加强上市培育，建立上市后备企业培育库，推动上市辅导和企业股改，对第六元素、富烯科技等已准备上市企业要强化辅导和跟踪，协助企业解决上市问题。

4.3优化完善支持政策

制定和完善新一轮石墨烯项目招商专项政策