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细数中美石墨烯产业发展六大差异

日期:2018/08/03   来源:机电商报   
  摘要:赛迪智库原材料工业研究所近日发布的一项调查结果显示,中美石墨烯产业发展存在显著的差异。虽然中美学界普遍认同石墨烯是一种二维的优良碳材料,并看好其广阔的应用前景,但在概念和标准、制备方法、研究及应用方向、产业发展阶段认知、专利质量和布局、产业发展模式等方面,中美差异明显,有些甚至是相悖的。

赛迪智库原材料工业研究所近日发布的一项调查结果显示,中美石墨烯产业发展存在显著的差异。虽然中美学界普遍认同石墨烯是一种二维的优良碳材料,并看好其广阔的应用前景,但在概念和标准、制备方法、研究及应用方向、产业发展阶段认知、专利质量和布局、产业发展模式等方面,中美差异明显,有些甚至是相悖的。

据介绍,近年来,美国石墨烯产业发展呈快速稳定的增长态势,产值年均复合增长率超过30%,最高达到60.7%。不过,仅研发企业产生收入,经营最终产品下游应用的初创企业几乎没有收入。

赛迪智库专家表示,目前美国关注的石墨烯应用主要集中在医学、电子、能源、水/空气净化等领域。近期有可能实现产业化突破的方向包括:用于交通、航空等领域的轻量化材料——石墨烯气凝胶和泡沫材料;石墨烯音频驱动材料;石墨烯过滤膜、3D 打印石墨烯、石墨烯生物传感器、石墨烯储能材料等。

值得关注的是,中美石墨烯产业发展存在显著差异。首先,在概念与标准上,包括美国在内的发达国家普遍认为,石墨烯是单层石墨,是一种纯碳材料,其优良特性主要体现在单层结构上,随着层数的增加,诸多优越性能都将降低。而我国普遍认为,十层以下的都是石墨烯,包括单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯等,且目前实现量产的石墨烯多数是晶格缺陷较高、多层堆叠的石墨烯类产品,只能体现石墨烯的部分特性,并且缺乏统一的检测标准,鱼目混珠现象十分突出。

在制备方法上,石墨烯材料的制备方法主要分为“自上而下”(减层法)和“自下而上”(合成法)两类。美国主要采用“自下而上”的CVD 法和外延生长法,并且已经初步形成量产,这两种方法虽然制备成本较高,但制备出的石墨烯多为面积较大、质量较高的单层石墨烯。而我国90%以上石墨烯都是通过“自上而下”的氧化-还原法制备而成,虽然成本低、可大规模生产,但在制备过程中不可避免地会在石墨烯片层上造成许多缺陷和官能团,无法保证产品质量,也难以用于集成电路、芯片、传感器、光电器件等领域。虽然我国也有部分企业利用CVD 法制备石墨烯薄膜,但成本高、成功率低,目前还难以实现量产。

在研究及应用方向上,美国更多集中于单层石墨烯器件、电子信息和医疗健康等方面,并开展了利用石墨烯制作柔性电子纹身的相关研发及应用。从欧盟石墨烯旗舰计划所布局的13 个领域来看,与美国的研究方向大体一致。而我国侧重于石墨烯复合功能材料领域的研发,比如储能材料、涂料、改性纤维和热管理材料等,其应用领域以储能、保暖理疗、重防腐等为主。相比之下,我国的应用领域及方向偏低端化,这一问题迄今尚未引起足够的重视。

在产业发展阶段认知上,美国科学界和产业界普遍认为,石墨烯目前仍以实验室研发为主,尚不适合大规模产业化,现有客户大部分来自研究机构,生产企业的股票表现也远低于市场平均水平。而我国一些科研院所则急于将不成熟的技术推向市场,很多企业声称石墨烯已经实现大规模生产,地方政府也通过制定产业发展规划、设立产业基金、建立产业园和产业联盟等各种措施,加大产业化应用推广,但市场频繁遇冷,资本市场也开始爆出负面消息,企业盈利遥遥无期。

在专利质量和布局上,美国的石墨烯专利数量并不具有绝对优势,但整体水平较高,这归因于其严格的专利审核制度。其申请者主要以IBM、英特尔、陶氏化学等大型跨国公司为主,重点布局于集成电路、晶体管、传感器、信息存储、增强复合材料等领域。而我国石墨烯专利数量已经位居全球首位,但受制于科研考评体制和专利审查制度的不完善,真正具有原创性和较大技术影响力的专利很少,近半数集中于复合材料领域,其次为储能、水/气体处理、传感器等领域,重量轻质且缺乏系统性。

在产业发展模式上,美国已经形成一套较为完善的产业组织体系,研究机构、孵化器、大学技术转让办公室、非盈利机构和企业等各个主体分工明确且协同有序。同时,政府坚持集中、持续性的直接投入,尤其对基础性、战略性、前沿性的研究,支持周期一般都在5年以上。而我国目前针对石墨烯的“企业+研发机构+孵化器/创新中心”的发展模式尚处于摸索起步阶段,研究投入也较为分散,持续性不强,且以中小型初创企业为主,缺少国家层面的全局性规划。

基于上述对比分析,赛迪智库专家建议,重新审视和评估我国石墨烯发展方向和阶段;加快石墨烯标准体系建设,制定与国际接轨的石墨烯材料标准体系,加强对石墨烯领域标准制定工作的财政扶持;注重专利的质量提升和前瞻布局;搭建政产学研创新平台。

专家总结,目前,石墨烯市场整体仍处于萌芽状态,尚不具备大规模产业化的条件,未来发展需要有杀手锏级的应用来加以推动。随着低成本、批量化的实现,以及制备技术日趋成熟和应用领域不断拓宽,石墨烯行业有望在2020年后实现快速增长。(夏小禾