加强原创性研究 实现产业化突破 推进石墨烯产业发展
□ 中国石墨烯产业技术创新战略联盟
石墨烯具有超薄、超轻、超高强度、超强导电性、优异的室温导热和透光性，几乎完全透明，结构稳定，应用非常广泛，发展前景巨大，是推动战略高技术发展的关键材料。
石墨烯应用前景广阔，虽然现在还是潜在阶段，普遍应用与产业化还没有打开局面，但是从科学预测的角度来看，已经成为不可忽视的重点发展领域。比如，它可替代和解决传统锂电池充电速度慢、蓄电能力差、寿命短、污染等弊端，从而解决电动汽车发展的关键难题。再比如可以替代硅，制造未来新一代超级计算机；替代ITO透明导电薄膜，应用于触摸屏、柔性显示、太阳能电池等电子工业领域；还可应用于海水淡化、可降解塑料、散热膜、防腐涂层、生物材料、复合材料、平板电脑、手表日历、移动电话、光电探测器、石墨烯纸、石墨烯布以及航天军工、超轻防弹衣、超薄超轻飞机、超薄折叠手机，甚至有想象力的天空电梯等。石墨烯创造的需求，极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术、新产业革命。从全球发展趋势来看，各国都想抓住石墨烯发展带来的重大机遇。2013年欧盟宣布将石墨烯列入“未来新兴旗舰技术项目”，将在今后10年研发资助10亿欧元，将石墨烯发展提升至战略高度；2006年以来美国国家自然科学基金（NSF）关于石墨烯的资助项目有200项，包括石墨烯超级电容器应用、石墨烯连续和大规模纳米制造等项目；韩国政府投入研发费用14亿美元，把石墨烯材料及产品定为未来革新产业之一；日本学术振兴机构（JST）从2007年起开始对石墨烯硅材料、器件的技术进行资助。
近年来，无论是石墨烯研究、论文发表以及研发与产业化，在中国和世界都进入了快速增长期。论文和专利年增幅都超过70%，特别是我国在石墨烯领域发表的论文和专利申请，都居世界首位，截至2012年底，我国共发表国际论文6308篇；美国排第二位，发表5709篇。我国论文引频次数共90403次，而美国论文被引频次数达132991次。我国申请专利1471件，美国申请专利1130件。说明我国在石墨烯领域的科技基础积累、研发以及高技术发展方面已具有一定的实力。纵观中国与世界，石墨烯产业化与材料革命正处于突破的前夜。虽然目前石墨烯还没有大规模投入市场，也有风险和不确定性，但未来的发展潜力和威力巨大。中国绝不可以丧失这次发展机遇，同时也要防止走弯路，浪费资源、人力和物力。我们要审时度势，制定科学正确理性的发展政策与措施。
保持清醒头脑，基础研究应突出原创性
虽然国内在石墨烯论文数量上已经超过美国，但是从质量上来看还是有不小的差距。国内学者论文的平均被引用次数还不到美国的一半（去除自引，国内每篇平均被引用10次，美国为30次）；而且代表着国际最高水平的Nature和Science主刊上，迄今为止发表的关于石墨烯的论文400多篇文章中，其中中国学者为第一作者或者通讯作者发表的不足5篇（不包括国内学者在国外留学或者工作期间发表的文章），这都表明国内的基础研发同国外相比在原创性上有很大的差距。
另外，截至2013年底，在全球已公开的所有石墨烯专利申请中，中国相关专利申请位居世界第一位，并且大幅领先于世界其他各国家/地区。但国内专利虽然数量很多，但是极少数能被引用特别是被国外专利引用，相比之下美国则有相当一部分专利的引用率较高，这也说明在专利的原创性上美国已经抢占先机。图1为石墨烯专利国家/地区分布示意，可以看出，美国、日本、韩国等国家的重要申请人都积极在世界其他主要国家进行石墨烯专利布局。从石墨烯专利申请人的类型来看，专利申请量超过 50 件的前20 位专利权人中高校研究所（13 家）占到65%，表明石墨烯仍是一个相对较新的技术领域，还处于专利布局期。此外，基于国际专利分类号和文本聚类的分析来看，目前石墨烯专利技术的热点主要集中在：石墨烯的制备；石墨烯用作锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料等；石墨烯用于制备半导体器件；石墨烯用于制备复合材料等；石墨烯用于制备透明显示触摸屏、透明电极；石墨烯用于传感器；石墨烯用于结构材料等七个方面。美、中、日、韩、欧盟等主要国家和地区技术构成相似度较高，专利大都分布在石墨烯材料的制备和应用两个方面。具体来看，美国在石墨烯专利布局方面比较全面；中国主要集中在石墨烯材料的制备及其在锂离子电池电极中的应用，并且申请数量远超其他国家，但是在制备半导体器件方面的专利相对较少；日本和韩国则分别在薄膜晶体管和纳米器件的开发领域处于领先。
因此，中国与国外的最大差距就在于国内技术原创性不足，目前石墨烯领域最重要的原创性成果基本来自于欧美国家，国内重要的原创性成果所占比例很小。虽然国内也取得一些重要进展，但是也多数是在国外的基础上进行的创新或者改进。我国差距集中在创新能力不足，在评价机制诱导下，急功近利、浮躁导致基础不牢。
加强金融扶持，推动产业发展
1生产技术进步较大
近几年来，国内在低成本、规模化制备石墨烯粉体的技术和工艺上有了较大进步。目前我国已经有数家企业具备了年产百吨级的生产能力，如宁波墨西科技300吨生产线、第六元素100吨生产线分别于2013年的12月和11月投产，东莞鸿纳新能源的含石墨烯5%～10%（wt）的千吨级浆料生产线于2014年2月26日正式投产。这些企业采用的工艺路线类似，都是化学法进行石墨烯的规模化制备。在大规模供应的基础上，石墨烯的价格可控制在每公斤几百元人民币，这为石墨烯的规模化应用提供了可能。但是受制于下游应用没有突破，目前这些公司的产能没有得到完全释放，并且其大规模的生产能力也没有得到验证。化学法生产石墨烯过程中容易引入缺陷，使得石墨烯的导电性等性能劣化明显；另外在规模化生产时石墨烯层数控制、产品的稳定性、产品质量控制等等都还没有经受实际考验，成本是否能达到企业承诺的水平目前也还是个未知数。尽管如此，国内这几家公司同国外主要生产石墨烯粉体公司如XG Science、Angstron Materials、Vorbeck、CheapTubes等相比，技术水平差距并不大，在某些领域还有所突破。当前国外企业的规模化制备技术同样也没有得到实际的检验，也是处于小量生产阶段。只是相比之下，国内制备单层石墨烯的技术水平相对差一些，目前还没有成熟的生产单层石墨烯的规模化制备技术，生产成本仍然居高不下。
高纯度石墨烯薄膜的制备目前基本采用的是化学气相沉积（CVD）的方法。它多以铜箔、镍膜等平面型金属作为生长基体，利用甲烷等含碳化合物作为碳源，通过其在基体表面的高温分解来生长石墨烯的方法。由于化学气相沉积工艺简单，所得石墨烯质量高，可实现大面积生长。韩国成均馆大学洪秉熙教授最早开发出石墨烯薄膜实用化的转移技术，目前已经被广泛用于纳电子器件和透明导电薄膜研究。三星公司与成均馆大学合作在国际上最早开发出石墨烯透明导电薄膜，作为技术的开拓者，三星在此领域也投入大量的资金和研发力量，目前三星也是拥有相关专利数量最多的企业。美国蓝石公司的石墨烯薄膜制备技术水平十分先进，而且也开发出基于石墨烯薄膜的柔性透明显示屏，目前石墨烯触控屏生产线正在建设中，但是生产成本仍然较高。国内在石墨烯薄膜规模化制备方面虽然起步比较晚，但是已经迎头赶上，尤其是薄膜量产线的建立，在市场化上已经走在前面。目前已有常州二维碳素科技有限公司、重庆墨西科技有限公司等企业建成了石墨烯透明导电薄膜量产线，并在积极开发其在触摸屏领域的应用。不过，在技术水平上，跟三星等国外企业还是有一些差距，尤其是所制备的石墨烯薄膜的质量相对较差，还需要进一步的提高，虽然已经制备出了采用石墨烯触摸屏的样机，但是石墨烯的性能优势并没有在其中得到充分的体现，因此也还没有完全为市场所接受。
2应用领域有待突破
在石墨烯应用方面，最为吸引人也是最具革命性的还是在半导体领域。石墨烯的电子传输速度要比硅快数十倍，研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，用来生产晶体管、高频元件、传感器等。但是要实现这个目标对全世界都是一个巨大的挑战，可能需要十几年甚至数十年的努力，而且这一领域本身的资金、技术门槛都很高，基本为国外的几个半导体巨头所垄断。欧美在这一前沿性领域投入了大量的资金和力量，相对来说我国在这一领域的技术实力较弱，要实现产业化任重而道远。目前在这一领域投入大量精力并取得重要突破的基本是国际的大型跨国公司，比如美国IBM与韩国三星尖端技术研究所（SAIT）分别在2010年12月举行的半导体制造技术相关国际会议上发布了通道层使用石墨烯的高速动作性RF电路用FET（电场效应晶体管）成果。IBM又于今年率先制备出可进行信号收发的基于目前主流半导体制造工艺的石墨烯集成电路。我国在这一领域的技术差距巨大，应用研究基本还处于初级阶段，这既和我国自身在这一领域技术积累薄弱有关，也和该领域的研发需要投入非常大的资金和人力有关。
与在半导体领域的巨大差距不同，国内在石墨烯粉体领域的应用研究水平同国外则不相上下，尤其是石墨烯粉体作为高端添加剂替代炭黑等，应用于锂离子电池、高分子复合材料等领域。石墨烯在作为添加剂方面，国内在学术上做出了开拓性的工作，取得了显著成果。因其作为高端添加剂而非基体材料，应用的工艺难度相对较小，国内在这些应用领域具有较强的技术实力和产业基础，可以说是目前最被国内市场和研究者看好的一项重要应用。很多公司已经在这方面做了大量的工作，包括宁波墨西、东莞鸿纳、厦门凯纳等企业已经开发出了石墨烯在改性塑料、高容量锂电池和锂电池正极材料、涂料/油墨等领域的应用产品。以此同时，国外也在积极推进石墨烯粉体的市场应用，比如XG Science公司、Cabot公司分别开发出了代号为xGnP和LITX G700型石墨烯导电添加剂，分别应用在高分子复合材料和锂离子电池中。
尽管国内在石墨烯粉体应用研发方面取得了一定的进展，但由于实现突破的形势不明朗，使得下游行业推进不太积极，导致目前国内从事石墨烯应用研究和制备研究的基本是同一批人，即国内主导石墨烯下游应用开发的主要还是石墨烯生产企业，而这些企业基本都是中小型，有实力的企业不多，这极大限制了石墨烯在下游领域应用的速度。另外，石墨烯产业孕育和壮大期较长，在产业化之前投入巨大，使得企业在相当长的时间面临较大的亏损压力。而在国外，虽然也有中小公司从事石墨烯的研发和生产，但同样也有IBM、欧洲空客公司、巴斯夫公司、德州仪器、诺基亚、三星等诸多的知名大型企业投入其中，并且都提出了自己的研究计划，加之国外在基础研究方面有着十分明显的优势，因此未来中国在石墨烯产业发展方面将面临严峻的挑战。
为加强产业推进，中国石墨烯产业技术创新战略联盟近期成立了“石墨烯产业投融资联盟”，希望通过这一平台，在国家、地方的联合支持下，建立石墨烯产业发展基金，以投资产业的理念，在原创性技术和产业链方面综合布局，利用金融资本的杠杆来推动石墨烯产业的发展。