一、石墨烯的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　石墨烯是一種具有優(yōu)異力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能的新型碳材料。石墨烯材料的研發(fā)涉及國(guó)家高新技術(shù)材料的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)涉及新材料、能源、環(huán)境、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域，對(duì)國(guó)家的發(fā)展起著重要作用，因此，各國(guó)政府積極支持石墨烯研發(fā)：歐洲聯(lián)盟2013年啟動(dòng)投資10億歐元的石墨烯旗艦計(jì)劃;韓國(guó)和英國(guó)分別投入3.5億美元、5 000萬英鎊進(jìn)行商業(yè)化計(jì)劃;中國(guó)在《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)化》中，將石墨烯作為優(yōu)先發(fā)展的前沿新材料之一。

　　石墨烯原材料的規(guī)?；苽涫菢?gòu)筑石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)，對(duì)開發(fā)下游產(chǎn)品有著根本性的作用，對(duì)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起著承上啟下的作用。石墨烯行業(yè)近幾年呈井噴式發(fā)展態(tài)勢(shì)，企業(yè)和產(chǎn)品已經(jīng)如雨后春筍般大量出現(xiàn)。其中涉足石墨烯下游應(yīng)用的企業(yè)逐漸增多，包括電子領(lǐng)域的高性能芯片、LED、柔性顯示屏;能源領(lǐng)域的靜電噴漆系統(tǒng)、高性能電池、超級(jí)電容器、太陽能電池;航空航天、海洋領(lǐng)域的防護(hù)涂料、復(fù)合材料、電磁屏蔽材料、隱型材料;環(huán)境領(lǐng)域的污水處理、海水淡化、大氣污染治理;高強(qiáng)度橡膠、塑料，醫(yī)藥領(lǐng)域的藥物輸送、臨床檢測(cè)等。

　　自2010年石墨烯發(fā)現(xiàn)者獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)后已有4年時(shí)間，石墨烯規(guī)?；苽涞募夹g(shù)瓶頸已逐漸突破，限制石墨烯行業(yè)發(fā)展的不再是石墨烯的規(guī)模性制備，而是如何讓制備的石墨烯滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，如何使石墨烯的高性能如高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高透光性在應(yīng)用領(lǐng)域充分發(fā)揮。這是目前從事石墨烯材料的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)共同面臨一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)問題，同時(shí)也是石墨烯行業(yè)未來2～3年內(nèi)需要突破的關(guān)鍵性瓶頸。

　　目前，國(guó)內(nèi)各石墨烯相關(guān)企業(yè)紛紛在自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，開展石墨烯的下游應(yīng)用，涉及的領(lǐng)域主要集中在鋰電池、超級(jí)電容器、柔性顯示屏、防護(hù)涂料、污水處理等幾個(gè)方面。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，水污染處理、功能性涂料、鋰離子電池3方面的研究最多，也是目前石墨烯應(yīng)用中較為成熟的領(lǐng)域。

　　1、水污染處理

　　相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó) 600 多個(gè)城市都不同程度面臨著水源地突發(fā)污染事件的威脅，存在水源地安全隱患。近期不斷發(fā)生的重金屬污染突發(fā)事件，如 2005 年珠江支流北江鎘污染事故、2006 年湖南岳陽砷污染事件、2010 年福建紫金礦業(yè)重大污染事件、2011年匈牙利鋁廠毒泥漿對(duì)多瑙河的污染、2012 年廣西河池市鎘污染事件，對(duì)應(yīng)對(duì)突發(fā)性環(huán)境污染事件，有效徹底防治重金屬對(duì)環(huán)境的污染提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。

　　2012 年初，石墨烯材料諾貝爾獎(jiǎng)得主Geim教授研究發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯薄膜可屏蔽除水之外所有其他分子，由此發(fā)現(xiàn)石墨烯可望用于制備過濾器材料，從而在海水凈化、污水處理等方面有極大應(yīng)用前景。2013 年初，洛克希德˙馬丁公司投資1 500萬美元開發(fā)用于海水淡化的石墨烯技術(shù)。石墨烯包覆沙礫可組裝成過濾材料，其對(duì)汞的去除能力比其他吸附劑高5倍，石墨烯-磁性鐵納米粒子復(fù)合物用于從水中分離砷。因此，石墨烯有望在許多領(lǐng)域取代現(xiàn)有的碳吸附材料，成為 21 世紀(jì)最優(yōu)秀的環(huán)境材料之一，在工業(yè)廢水的治理、地表(飲用)水凈化、貴金屬冶煉與回收等方面得到廣泛應(yīng)用。

　　濟(jì)寧利特納米技術(shù)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“濟(jì)寧利特納米”)開發(fā)的水污染治理中處理重金屬的產(chǎn)品具有以下3方面的優(yōu)勢(shì)。

　　①性能優(yōu)勢(shì)：對(duì)鉛的吸附容量可達(dá) 1080 mg/g，是常規(guī)碳材料的7倍之多，吸附后重金屬離子濃度可低至ppb級(jí);②再生性能優(yōu)勢(shì)：吸附劑可重復(fù)使用50 次以上;③價(jià)格優(yōu)勢(shì):開發(fā)的石墨烯吸附劑成本比離子交換纖維價(jià)格低，和部分鰲合樹脂相當(dāng)，但吸附容量是螯合樹脂的2 倍以上。

　　2、石墨烯-功能性涂料

　　涂料是海洋船舶最主要的防腐防污手段，為了提高涂料的防腐性能，可在防腐涂料中加入具有鱗片狀結(jié)構(gòu)的云母粉或具有納米結(jié)構(gòu)的二氧化硅等填料，增強(qiáng)涂層的致密性，降低防腐涂層的滲透性能。但這些結(jié)構(gòu)僅能提供物理防腐，達(dá)不到理想的防腐效果。為了提高涂料的防污性能，需在防腐漆中滲入對(duì)生物有毒的物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)在船舶行駛過程中釋放殺蟲劑，對(duì)環(huán)境造成一定污染。因此，開發(fā)新型兼?zhèn)浞栏头牢坌Ч姆牢鄯栏苛铣蔀榇捌岚l(fā)展中一個(gè)關(guān)鍵性科學(xué)技術(shù)問題。

　　石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的二維片層結(jié)構(gòu)的新材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能(電阻率為10-6Ω/cm)、高的徑厚比(>200)以及薄的片層結(jié)構(gòu)(<1nm)，應(yīng)用于防腐涂料中可發(fā)揮物理防腐和化學(xué)防腐2種優(yōu)勢(shì)，大大提高涂料的防腐性能。同時(shí)石墨烯還被證明具有抗菌性能，加入到防腐涂料中提高涂料的防污性能。

　　現(xiàn)在很多科研工作者都開始研究石墨烯在腐蝕方面的應(yīng)用，一系列的研究成果表明石墨烯在腐蝕防護(hù)方面有很大的潛力。研究表明用1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的石墨烯代替50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鋅粉，可達(dá)到富鋅環(huán)氧涂料相同的防腐蝕效果，同時(shí)還可以提高防腐蝕時(shí)間，另外，每噸涂料可以便宜1 000多元。用石墨烯制備的涂料涂覆在金屬銅、鎳表面，相比于裸銅，腐蝕速率減慢7倍，鎳的腐蝕速率慢4倍，充分證明石墨烯在保護(hù)金屬腐蝕方面巨大的潛力。同時(shí)，石墨烯的抑菌性被2010年美國(guó)科學(xué)家Akhavan等所報(bào)道，隨后有關(guān)石墨烯抑菌性的研究便逐步開始。石墨烯與細(xì)菌直接接觸時(shí)，石墨烯就像納米級(jí)無比鋒利的刀片直接通過機(jī)械損傷來破壞細(xì)菌膜結(jié)構(gòu);另一方面，由于石墨烯優(yōu)良的電子傳輸特性使得石墨烯能夠輕易改變細(xì)菌膜表面的電位，從而引起膜表面細(xì)胞呼吸、電子傳輸，信號(hào)傳輸?shù)裙δ芑靵y，導(dǎo)致細(xì)菌體內(nèi)生化異常以致死亡。

　　3、石墨烯-鋰離子電池

　　鋰離子電池由于具有輸出電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能優(yōu)越、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品和通訊工具中，在這些應(yīng)用中，除要求其具有大的比容量外，大倍率下的充放電性能也是極其重要的技術(shù)指標(biāo)，為保持電池循環(huán)過程中良好的大倍率充放電特性和較長(zhǎng)的使用壽命，需在電極中加入導(dǎo)電劑，以填補(bǔ)電極材料在嵌入、脫出鋰過程中產(chǎn)生的空隙，保持電極穩(wěn)定的導(dǎo)電性，但現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)電劑，如導(dǎo)電碳黑或?qū)щ娛?，不能從根本上解決正極材料導(dǎo)電性能差的問題。

　　石墨烯作為一種新型的碳質(zhì)材料，其碳原子最外層電子通過sp2雜化形成大π鍵，存在大量可以自由移動(dòng)的電子，是一種優(yōu)良的導(dǎo)電劑，以石墨烯為導(dǎo)電劑添加到鋰離子電池正極材料中，可以在正極材料中形成一個(gè)體積電阻率很小的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，明顯改善正極材料的導(dǎo)電性能，顯著提高電池的充放電效率和循環(huán)壽命。

　　二、石墨烯產(chǎn)業(yè)狀況

　　1、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)狀況

　　作為世界高技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展引起世界各國(guó)的高度關(guān)注。歐盟于2013年將石墨烯列入“未來新興旗艦技術(shù)項(xiàng)目”，在10年內(nèi)資助10億歐元用于研發(fā);2011年，英國(guó)政府在《促進(jìn)增長(zhǎng)的創(chuàng)新與發(fā)展戰(zhàn)略》中把石墨烯作為國(guó)家今后4個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向之一，投入5 000萬英鎊支持石墨烯研發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用研究;韓國(guó)政府投入研發(fā)費(fèi)用14億美元，把石墨烯材料及產(chǎn)品定為未來革新產(chǎn)業(yè)之一，2013年，韓國(guó)產(chǎn)業(yè)通商資源部宣布在未來6年內(nèi)，投入4 230萬美元，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)石墨烯的應(yīng)用產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)商業(yè)化。英國(guó)、韓國(guó)均把石墨烯作為國(guó)家的重點(diǎn)發(fā)展方向和未來革新產(chǎn)業(yè)，投入大量研發(fā)費(fèi)用。2014年，中國(guó)“863”項(xiàng)目指南專門支持石墨烯項(xiàng)目;國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人批復(fù)發(fā)展和改革委員會(huì)和國(guó)家科技部進(jìn)行相關(guān)的調(diào)研，準(zhǔn)備出臺(tái)相關(guān)發(fā)展政策。

　　2013年，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟和山東省石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟相繼成立。2011年，江蘇常州市投資5000萬，成立江南石墨烯科技產(chǎn)業(yè)園。寧波市2013年拿出9000萬專項(xiàng)基金，用于石墨烯的產(chǎn)業(yè)化扶持。青島、濟(jì)寧等地的石墨烯產(chǎn)業(yè)園、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟及創(chuàng)新基地紛紛成立，積極推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。據(jù)業(yè)界專家預(yù)計(jì)，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)萬億元。

　　各地政府對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展表現(xiàn)出極大的熱情。寧波市設(shè)立了“石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開發(fā)”專項(xiàng)資金，每年安排3000萬元，3年共9000萬元，用于支持“石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開發(fā)”實(shí)施單位的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)和試制推廣。無錫市也提供了2億元的資金扶持，并出臺(tái)了《無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》，用以支持石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。青島市高新區(qū)、濟(jì)寧市化工園區(qū)也相繼出臺(tái)了支持發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃綱要。

　　2014年9月1-3日，在寧波召開的2014中國(guó)國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)，吸引了國(guó)內(nèi)外眾多高校、科研院所、企業(yè)的積極參與，引發(fā)又一輪的石墨烯研發(fā)應(yīng)用熱潮。

　　2、山東省產(chǎn)業(yè)狀況

　　早在2010年夏，濟(jì)寧利特納米在山東省科技廳、濟(jì)寧市科技局和濟(jì)寧市高新區(qū)的大力支持下，結(jié)合國(guó)外留學(xué)人員技術(shù)和資源優(yōu)勢(shì)，籌劃發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，成為國(guó)內(nèi)涉足石墨烯行業(yè)最早的單位。2013年，利特納米的氧化石墨烯重金屬治理項(xiàng)目獲得科技部國(guó)際合作基金的支持;2013年12月，在山東省科技廳大力支持和幫助下，濟(jì)寧利特納米牽頭、聯(lián)合山東省內(nèi)的石墨烯產(chǎn)業(yè)化的主要產(chǎn)學(xué)研單位以及上下游企業(yè)，共同發(fā)起成立“山東省石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，由山東大學(xué)、青島大學(xué)、濟(jì)寧利特納米、濟(jì)南墨希新材料科技有限公司、山東企鵝塑料集團(tuán)有限公司、濟(jì)寧市無界科技有限公司、山東大展納米材料有限公司等大學(xué)和企業(yè)組成的創(chuàng)新聯(lián)盟，通過推進(jìn)石墨烯生產(chǎn)企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)的緊密合作，通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)機(jī)制、瞄準(zhǔn)市場(chǎng)方向，集中力量、抱團(tuán)發(fā)展，尋求石墨烯產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)突破，在山東省范圍內(nèi)形成從石墨烯原材料生產(chǎn)到下游示范應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建省級(jí)石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)集群。

　　三、發(fā)展瓶頸

　　雖然石墨烯材料的上游制備和生產(chǎn)技術(shù)取得了較快發(fā)展，但石墨烯材料的下游應(yīng)用技術(shù)開發(fā)還有系列問題需要解決。

　　1、下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于起步階段，急需金融扶持

　　石墨烯下游產(chǎn)業(yè)方面基本上以中小企業(yè)為主，這些企業(yè)有使用石墨烯新材料的需求和熱情，但缺乏足夠的實(shí)力。目前，濟(jì)寧利特納米生產(chǎn)的石墨烯材料基本都是無償提供其他企業(yè)研發(fā)使用。每年僅此一項(xiàng)的投入接近60萬～100萬元，目前都是由企業(yè)自己貼補(bǔ)。隨著應(yīng)用研發(fā)的不斷深入，石墨烯用量將大幅度增加，這會(huì)對(duì)石墨烯生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)狀況造成嚴(yán)重影響，進(jìn)而極大限制了石墨烯在應(yīng)用領(lǐng)域研發(fā)和推廣的速度。在石墨烯的金融扶持方面，寧波市的現(xiàn)有做法值得借鑒。寧波市政府每年拿出3000萬的資金用于補(bǔ)貼企業(yè)除員工工資外的工業(yè)化研發(fā)、設(shè)備、材料、分析測(cè)試等費(fèi)用，支持大約6～9家研發(fā)單位從事石墨烯下游產(chǎn)品開發(fā)，吸引了包括寧波市在內(nèi)的多家新材料企業(yè)。

　　2、大型實(shí)驗(yàn)儀器短缺

　　目前，石墨烯下游應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)需要購置大型實(shí)驗(yàn)儀器。這些儀器不僅購置和維護(hù)的費(fèi)用昂貴(例如，透射電子顯微鏡的價(jià)格在600萬人民幣左右)，操作和管理上也需要有專業(yè)人員負(fù)責(zé)，如果由各個(gè)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)自行解決，一方面在資金上存在較大困難，另一方面也會(huì)造成重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)。目前，江蘇泰州和常州分別建立了各自的檢測(cè)平臺(tái)。

　　3、管理人才及科研隊(duì)伍建設(shè)

　　石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亟需納米材料領(lǐng)域高科技人才，很多石墨烯企業(yè)處于創(chuàng)業(yè)的初期，如何吸引人才、留住人才是石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

　　四、對(duì)我國(guó)石墨烯未來發(fā)展的建議

　　1、加大金融支持力度

　　由于石墨烯行業(yè)屬于新型、快速發(fā)展的行業(yè)，具有技術(shù)更新快、生命周期短、技術(shù)升級(jí)換代頻繁的特點(diǎn)，需要企業(yè)準(zhǔn)確把握技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，不斷推出新產(chǎn)品和提升服務(wù)水平，抓住市場(chǎng)機(jī)遇，滿足市場(chǎng)需求，保持自身的競(jìng)爭(zhēng)力。但技術(shù)更新需要大量的研發(fā)投入，資金不足往往成為企業(yè)面臨的瓶頸，制約服務(wù)行業(yè)整體的發(fā)展。

　　一方面需要企業(yè)做好市場(chǎng)調(diào)查與預(yù)測(cè)，做足預(yù)算，考慮詳盡;根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度和籌資方式，編制資金使用計(jì)劃，以便有效使用資金;加強(qiáng)企業(yè)管理、節(jié)儉辦事，向管理要效益;爭(zhēng)取國(guó)家優(yōu)惠政策和資金上的支持;爭(zhēng)取銀行貸款;多方籌措資金、廣開財(cái)源。

　　另一方面需要政府加大對(duì)石墨烯系列產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)以及應(yīng)用的扶持力度。積極探索石墨烯系列新產(chǎn)品的政府首購、采購政策，對(duì)下游應(yīng)用企業(yè)生產(chǎn)的新產(chǎn)品，符合政府采購需求條件的，優(yōu)先予以首購或采購，示范帶動(dòng)全社會(huì)使用石墨烯新產(chǎn)品。同時(shí)，政府對(duì)獲得上級(jí)政府部門支持的石墨烯研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行適當(dāng)比例額的配套支持。

　　2、鼓勵(lì)高校院所和石墨烯企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，高端復(fù)合型人才共享

　　石墨烯行業(yè)的快速發(fā)展，需要不同領(lǐng)域、不同背景的高科技人才的加入。隨著產(chǎn)業(yè)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大和新產(chǎn)品、新技術(shù)的應(yīng)用，新材料與電子領(lǐng)域已經(jīng)完全融合在一起，該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)于復(fù)合型高端人才的需求越來越多，而國(guó)內(nèi)復(fù)合型高端人才在現(xiàn)階段不能滿足服務(wù)需求，造成復(fù)合型高端人才缺乏。在推進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，企業(yè)和高校需轉(zhuǎn)變思路，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，引進(jìn)、培養(yǎng)高層次應(yīng)用型研發(fā)人才，特別是引進(jìn)海內(nèi)外石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈上某一學(xué)科或技術(shù)領(lǐng)域的帶頭人，通過人才引進(jìn)加速推進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　3、加強(qiáng)對(duì)石墨烯系列產(chǎn)品的市場(chǎng)推介

　　整合全鏈條上的企業(yè)，通過合作研究、共同開發(fā)、產(chǎn)業(yè)升級(jí)等形式，強(qiáng)化上下游企業(yè)的有效合作，提高社會(huì)認(rèn)知度。目前，濟(jì)寧利特納米以企業(yè)自身優(yōu)勢(shì)為契機(jī)，借助創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、創(chuàng)新基地、工業(yè)園區(qū)等系列平臺(tái)，與電子、新能源領(lǐng)域等多家資深企業(yè)形成深度戰(zhàn)略合作伙伴，制定清晰的品牌戰(zhàn)略目標(biāo)。立足石墨烯行業(yè)，以強(qiáng)大的戰(zhàn)略愿景為指導(dǎo)，一步步走向卓越。

　　加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度，力爭(zhēng)使本產(chǎn)品盡快打入市場(chǎng)，此時(shí)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手少，有利于迅速占領(lǐng)并擴(kuò)大市場(chǎng);提高新產(chǎn)品的市場(chǎng)適應(yīng)能力，針對(duì)市場(chǎng)需求來調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加適銷對(duì)路的服務(wù)產(chǎn)品;建立一套能夠迅速對(duì)市場(chǎng)信息進(jìn)行反饋的機(jī)制，迅速了解供需、價(jià)格等市場(chǎng)信息;突出技術(shù)創(chuàng)新性，使產(chǎn)品具有良好性價(jià)比，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力;加強(qiáng)宣傳力度，擴(kuò)展宣傳面，使新產(chǎn)品和服務(wù)能盡快讓用戶認(rèn)知。