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我國石墨烯產業化亟需邁過三道坎

關鍵詞 石墨烯 , 新材料|2019-08-21 09:42:18|來源 中國航空報
摘要 石墨烯自問世以來,其關注度就不斷提高,加之其用途廣泛,在能源裝備、交通運輸、航空航天、電子信息等傳統和新興產業領域均呈現出良好的應用前景,正引領著新材料領域的顛覆性革命。在國家政策...

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石墨烯自問世以來,其關注度就不斷提高,加之其用途廣泛,在能源裝備、交通運輸、航空航天、電子信息等傳統和新興產業領域均呈現出良好的應用前景,正引領著新材料領域的顛覆性革命。在國家政策的引導下、地方政府及企業的大力推動下,我國石墨烯產業發展迅猛,但整體仍處于概念導入期、產業化發展初期,大規模應用市場尚未打開、缺乏龍頭企業帶動、發展環境有待改善等問題仍然橫亙在石墨烯產業化道路上。

我國石墨烯產業化現狀

市場規模不斷擴大。近年來,我國石墨烯產業呈現出快速發展的態勢,據中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟統計數據,2015年我國石墨烯產業市場規模僅為6億元,2017年已經增長至70億元,年均復合增長率超過200%,其中石墨烯在新能源領域規模達到50億元,石墨烯涂料規模達到8億元,復合材料和大健康規模達到5億元,節能環保和電子信息領域規模達到1億元。隨著石墨烯技術的不斷創新和下游應用的不斷成熟,石墨烯市場規模仍將呈現高速發展態勢。預計到2020年,我國石墨烯市場規模將形成百億規模。

全產業鏈體系基本建立。隨著石墨烯產業的快速發展,全產業鏈布局已經初見雛形,基本覆蓋了從制備到應用研究到石墨烯產品生產,直至下游應用的全環節。基本形成以北京為核心,東部沿海地區產業帶和內蒙古-黑龍江地區產業帶為集聚區,多地點狀分布式的產業發展格局。據統計,目前全國在工商、民政等部門登記注冊的石墨烯單位已經超過4800家,涉及石墨烯材料制備及應用各個領域,單位數量居全球之首。從應用領域看,基本覆蓋了新能源、儲能、電子顯示、防腐涂料、大健康等多領域。

產品標準和規范不斷完善。石墨烯作為一種新型材料,行業標準是引領其創新發展的重要前提,近年來我國石墨烯產品標準和技術規范進展較快。一是加快制定國家標準,成立了石墨烯標準化工作推進組,加強頂層設計,啟動了石墨烯相關國家標準的預研工作,加快《石墨烯材料的名詞術語與定義》《光學法測定石墨烯層數》《石墨烯鋅粉涂料》等8項國家標準的制定工作。二是積極參與國際標準制定,在國際標準化組織納米技術委員會(ISO/TC 229)和國際電工委員會納電子產品與系統技術委員會(IEC/TC 113)啟動的8項石墨烯國際標準中,我國專家參與了其中2項標準的制定,此外,我國還同英國一起成立了中英石墨烯標準化合作工作組,和英國石墨烯標準化研究領域開始了實質性合作。三是地方和行業標準進展加快,廣西發布了《石墨烯三維構造粉體材料的檢測與表征方法》《石墨烯三維構造粉體材料名詞術語和定義》等5項石墨烯系列地方標準,是我國首個石墨烯系列地方標準,東旭光電、中國航發北京航空材料研究院等龍頭企業和行業協會等正在編制的相關行業/企業標準接近40項。

產業示范進展順利。當前我國石墨烯產業正處于從實驗室走向產業化的關鍵時期,對較為成熟的產品開展產業示范,對加快石墨烯產品應用推廣及產業化進程具有較好的推動作用。一方面國家政策積極引導,如工業和信息化部、國家財政部、中國銀行保險監督管理委員會聯合建立新材料首批次應用保險補償機制并開展試點工作,把5種石墨烯材料納入重點新材料首批次應用示范指導目錄,以期突破石墨烯應用的初期市場瓶頸,此外,政策還鼓勵在電化學儲能、海洋工程、柔性電子器件、重大環保技術裝備、汽車、紡織品行業等領域拓展石墨烯應用,并把石墨烯列入增強制造業核心競爭力行動計劃。另一方面市場積極響應,各地產業示范工程如火如荼。目前石墨烯產業化示范項目進展順利,在防腐涂料、復合材料、儲能材料等領域均已經開展示范應用,并初步構建了示范應用推廣鏈。

我國石墨烯產業化面臨的三大障礙

大規模應用市場尚未打開。一種新材料從發現到實現大規模應用一般需要數十年的時間,尤其關鍵核心技術的突破就需要幾年甚至十幾年的時間,而石墨烯從發現至今僅有10余年的時間,還是一種較為“年輕”的材料。從應用現狀來看,雖然基本實現了初步應用,并在部分領域實現產業化,但大多數的產品仍然屬于利用石墨烯與原有材料結合提升產品性能,技術門檻相對較低,且同質化現象嚴重,多數以樣品和實驗室產品為主,尚未真正形成商品。而下游應用企業要應用石墨烯替代那些已經達到極佳性價比的傳統材料,不僅需要支出研發、改變生產工藝和生產線、培訓員工、市場推廣等方面費用,還要承擔石墨烯應用效果不確定帶來的風險,整體風險較大,因此目前市場認可度不高。雖然我國已經具備了較高的石墨烯粉體及薄膜制備產能,但實際產量偏低,真正開展業務的企業數量也較少,且以石墨烯為主業的上市公司也都處于虧損狀態,大規模的應用市場仍然尚未打開。

缺乏龍頭企業帶動。目前國內從事石墨烯生產的企業以中小型初創企業為主,雖然有部分大型民營企業、國企和央企開始關注石墨烯,但有實質性投入的企業仍較少。石墨烯作為一種技術含量高、前期投入大的產業,要想真正實現大規模產業化應用,需要長期持續的資金投入,而中小企業受制于資金、人才等因素限制,難以在石墨烯領域實現長期、持續性的投入,因此龍頭企業的帶頭作用就顯得極為重要。縱觀美國、歐盟、韓國等國家和地區,龍頭企業在石墨烯產業發展過程中均發揮了重要作用,如美國IBM公司、美國納米技術儀器公司、日本東芝公司、韓國三星集團等都早早開始布局石墨烯產業,投入大量的資金、人力等從事石墨烯的基礎研究和應用開發工作,并取得顯著進展,同時在專利申請方面也更加注重前瞻性布局,不僅專利數量多、申請活躍度高,而且在世界其他主要國家都申請了專利保護,對加快石墨烯科技成果轉化和產業化進程提供了良好基礎。

產業發展環境有待改善。石墨烯作為前沿性、先導性產業,其培育與發展有自身的規律和特殊性,需要運用新的市場手段發展培育,尤其為產業發展提供良好的發展軟環境尤其重要,但整體看來目前石墨烯產業發展環境仍有待改善。一是知識產權重視不足,石墨烯作為一種新材料,發展速度較快,但相關專利保護等尚不完善,再加上下游用戶對相關產品不了解,導致很多侵權事件發生,尤其在應用領域更加常見。二是標準規范體系有待完善。行業標準是引領石墨烯產業創新發展的前提,目前我國石墨烯產業目前在下游應用、產品認證、檢測、使用標準等方面仍是空白。三是行業公共服務不足。雖然目前國內石墨烯產業園、聯盟等相繼成立,但多數的服務能力有限,多以區域或重點企業為主,難以實現覆蓋全行業,如目前雖然成立了石墨烯檢測檢驗中心,但服務內容多以檢測來物中是否含有石墨烯為主,至于含量多少、發揮作用如何等均難以實現。此外,石墨烯行業統計和運行監測也存在缺失,難以為政府政策制定和行業管理提供支撐。

我國石墨烯產業化的思考

加強與相關產業融合發展。聚焦石墨烯在防腐涂料、熱管理材料、潤滑油、復合材料等傳統產業升級方面的推動作用,加快突破關鍵應用技術。圍繞國家對新一代顯示器件、大健康、環保、高端制造等戰略性新興產業的需求,加快石墨烯在新興產業領域的技術研發、突破以及相關專利的前瞻性布局,引導創新要素和創新資源向這些領域聚集。選擇基本實現量產、技術較為成熟、下游用戶認可度高的石墨烯應用產品開展應用示范,培植一批先導用戶,加快下游市場的培養,引導有實力的大型企業投入相關下游應用產品的研發。建立一批示范項目,選擇若干應用領域,打造從材料制備到終端產品的全產業鏈示范。

培育優勢骨干企業。選擇一批優勢明顯、成長性好的重點龍頭企業,以項目承接、訂單補貼、資本運作、戰略合作等方式,加快培育具有競爭力的龍頭企業;鼓勵國有大企業參與石墨烯等相關技術研發及應用領域拓展。支持優勢企業通過兼并重組、技術轉讓、協作配套等方式與上下游企業建立緊密合作關系,提高石墨烯產業發展的集中度。重點關注石墨烯領域擁有獨立知識產權、核心競爭力和品牌優勢的創新型企業或創業團隊、在孵化系統集成方面具有較強能力和垂直整合實力的企業以及在細分應用領域獨具特色、具有品牌和渠道優勢的潛力企業對其進行培養。鼓勵大中小企業協同發展,提高材料制備企業的集中度。

優化產業發展環境。一是加強石墨烯知識產權的前瞻性布局和保護,細化石墨烯專利鼓勵政策,引導企業、科研院所等申請高質量專利,并在一些高技術領域開展前瞻性布局,同時加大對石墨烯專利侵權事件的懲罰力度,維護市場公平競爭秩序。二是進一步完善標準體系,研究制定石墨烯層數測定、比表面積、導電率等物化特征和性能表征的評價體系,積極開展國際交流合作,開展石墨烯材料相關產品設計、研發、制備、包裝、運輸、應用等標準化研究,逐步構建全產業鏈標準體系。

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