石墨烯：自主创新，实现跨越式发展
■ 中国人民解放军军事交通学院 周贺祥
去年年底，发改委、工信部和科技部三部门联合发布《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，明确提出将石墨烯打造为先导产业。虽然我国在石墨烯的基础研究与产业化推进上处于世界前列，多支研究队伍在石墨烯的性能研究与制备技术方面取得突破性成果，但缺乏整体规划和引导，自主创新能力、市场化能力、资源整合能力等方面仍有待提升。因此，若想增强我国石墨烯产业的整体竞争力，还有较长的路要走。
石墨烯产业发展提上日程
2012年由工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》，首次明确提出支持石墨烯新材料发展。此后，我国政府各部门又出台了多项与石墨烯发展相关的法规与政策。2014年9月，科技部“863计划”纳米材料专项提出到2018年，石墨烯材料制备、应用开发、终端应用等关键环节良性互动的产业体系基本建立，产品标准和技术规范基本完善，开发出百余项实用技术和样品，推动一批产业示范项目，实现石墨烯材料稳定生产，在部分工业品和民品上率先产业化应用；到2020年，形成完善的石墨烯产业体系，实现石墨烯材料标准化、系列化和低成本化，建立若干具有石墨烯特色的创新平台，掌握一批核心应用技术，在多领域实现规模化应用……
目前，国内石墨烯的上市公司有10家，包括：金路集团、方大炭素、中国宝安、力合股份、烯碳新材、中泰化学、华丽家族，乐通股份，悦达投资和康得新。多家公司已经建成石墨烯的量化生产装置和配套设施。其中宁波墨西科技有限公司建成全球最大规模的石墨烯材料生产线，年产300吨，北京碳世纪科技有限公司建成全球首条石墨烯(单层碳原子)吨级示范生产线。
六大领域成为研发热点
石墨烯的研究和产业化发展持续升温，从石墨烯专利领域分布来看，其应用技术研究布局热点包括：石墨烯用于电池电极材料、半导体器件材料、透明显示触摸屏材料、薄膜晶体管制备与复合材料制备等。具体看来，当前石墨烯技术研发主要集中在以下六大领域。
复合材料 石墨烯－聚合物复合材料一直是石墨烯应用的重要领域之一。石墨烯作为纳米增强组分，少量添加可以使聚合物的电学、力学、热性能以及气体阻隔性能得到大幅提高。添加石墨烯所产生的效果相当于同时添加层状硅酸盐和碳纳米管。
电极材料 石墨烯可以在电池电极（包括正极和负极）内构建三维导电网络，使用0.5%～2%的石墨烯导电添加剂可以代替10%～15%的导电炭黑，而且能进一步降低锂电池内阻，从而提高电池倍率性能和循环寿命。中科院宁波材料所开发了石墨烯包裹磷酸铁锂纳米颗粒技术，并已在宁波艾能锂电材料科技公司建成中试线。
导电油墨 石墨烯可作为新型导电油墨的主填充料，也可与纳米银粉等混合配制成新型导电浆料或油墨，还可以通过改变石墨烯的填充比例调节产品的电阻率和附着性能。
导热材料 石墨烯复合导热材料，包括具有高导热系数的石墨烯散热片/膜，以及石墨烯改性的复合材料，如热导纤维和热导塑料等。该技术在电子和工程领域市场需求迫切，并且技术难度较小、工艺相对成熟，有快速进入市场的机会。
显示器件 石墨烯由于特殊的分子结构而有非常高的导电性，几乎完全透明，非常适合制作显示器件。且其具有高韧性，能够拉伸20%而不断裂，能够制成可折叠、伸缩的显示器件。石墨烯触摸屏具有对环境无害，需要资源少的优点，且生产成本有望大大低于传统氧化铟锡触摸屏。
生物医学 石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面应用广阔。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器，可以用于细菌分析、DNA 和蛋白质检测。美国宾夕法尼亚大学开发的石墨烯纳米孔设备可以快速完成DNA 测序。石墨烯量子点应用于生物成像中，与荧光体相比具有荧光更稳定、不会出现光漂白和不易光衰等特点。石墨烯在生物医学领域的应用研究虽处于起步阶段，但却是产业化前景最为广阔的应用领域之一。
五大难点成为绊脚石
目前我国石墨烯产业仍处于初始阶段，尚存在一些影响行业发展的 问题。
缺乏整体规划和引导 石墨烯技术包括制备技术、材料技术、工艺技术以及应用技术，在缺乏总体规划和引导的前提下，政府扶持力度远远低于国外，各研究机构低水平重复研究的现象比较普遍。另外，目前国内石墨烯企业良莠不齐，大多数企业停留在概念炒作的阶段，全国真正投入力量参与石墨烯研发的企业不超过30 家。
缺乏自主创新能力 石墨烯高端领军人才主要集聚在美国、英国、韩国等发达国家的高校和跨国大企业。与发达国家相比，我国虽然科研人员很多、成果也很多，但顶尖、原始性成果较少，大多采用跟踪研究的方法，处于追赶状态，重大创新不多。此外，研究成果主要集中在基础研究领域，应用技术相对薄弱。国内从事石墨烯研究的主要是高校和研究机构，企业在科研方面的投入力度远逊于国外企业，在石墨烯领域提交专利申请的企业更是少之又少。
缺乏市场化能力 石墨烯产品研发与应用脱节现象严重。从设备水平看，国内绝大多数高校仍处在科研小试和中试阶段，绝大多数企业也处在小批量生产的摸索阶段，还不能形成稳定的规模化生产。从材料应用看，主要的应用成果还停留在实验室阶段。石墨烯在产品上的应用还处于初始阶段，并没有真正形成下游的应用和需求，大规模产业化应用尚需相当长的一段时间。从资金投入看，各类投入资金也仅处于初始试探阶段，与国外大规模资金投入相比，我国的资金投入力度远远不够。
缺乏资源整合能力 石墨烯产业需要创新链、产业链、资金链和服务链多链融合才能寻求产业突破，但目前我国在产业上下游、产学研合作、产业与金融对接、知识产权转移等方面尚未建立有效的资源共享机制，导致资源分割，各领域初步形成的优势呈现“碎片化”，急需在全国范围内统筹形成各方资源系统集成的能力。
缺乏行业标准 石墨烯产业的发展涉及多学科和多产业，是一项系统工程。从国外碳纤维新材料的发展规律看，行业标准对规范研发和产业化起到至关重要的作用，但我国的石墨烯从研发到应用缺乏系统性，相应数据库、检测、标准及应用验证体系支撑不足，严重制约产业的发展。
加大投入增强创新能力
随着世界经济和国内经济环境的逐渐变化，以及国内外化工行业的激烈竞争，我国的石墨烯产业也面临着巨大的风险和挑战。
加大对基础研究的投入 由于石墨烯行业属于新型、快速发展的行业，具有技术更新、更快、生命周期短、技术升级换代频繁的特点，需要企业准确把握技术发展趋势，不断推出新产品和提升服务水平。但技术更新需要大量的研发投入，资金不足往往成为企业面临的瓶颈，制约服务行业整体的发展。因此，一方面需要企业做好市场调查与预测，做足预算，考虑详尽；根据项目进度和筹资方式，编制资金使用计划，以便有效使用资金；加强企业管理、节俭办事，向管理要效益；争取国家优惠政策和资金上的支持。另一方面政府需要加大对石墨烯系列产品研发、生产以及应用的扶持力度。积极探索石墨烯系列新产品的政府首购、采购政策，对下游应用企业生产的新产品，符合政府采购需求条件的，优先予以首购或采购，示范带动全社会使用石墨烯新产品。
鼓励跨学科交叉融合 开发石墨烯材料时，应鼓励各部门之间加强交流，实现跨学科交叉融合。行业的快速发展，需要不同领域、不同背景的高科技人才的加入。在推进石墨烯产业化进程中，企业和高校需转变思路，加强产学研结合，引进、培养高层次应用型研发人才，特别是引进海内外石墨烯产业链上某一学科或技术领域的带头人，通过人才引进加速推进石墨烯产业的发展。
增强自主创新能力 据SIO Grafen机构统计，2014年中国拥有全世界45%的石墨烯专利，差不多是美国的两倍，但仍然缺少核心专利。生产企业要想在竞争中处于优势地位，就要不断推陈出新，在未来应着眼于生产附加值较高产品，提高产品的竞争力。在通用化学品的基础上，推出具有高性能、功能化的产品，以不断拓展产品的市场，与国外各大化工企业的产品相竞争，并逐渐引领市场。