石墨烯（Graphene）是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈•蓋姆和康斯坦丁•諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

在2015年石墨烯發(fā)現(xiàn)之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的貓。石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)。用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍。

另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子（氫原子）也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

從石墨烯相關(guān)專利申請(qǐng)趨勢看，其相關(guān)專利的申請(qǐng)?jiān)谏蟼�(gè)世紀(jì)末就已出現(xiàn)，但隨后發(fā)展較為緩慢。直到2008年后，專利申請(qǐng)數(shù)量才開始出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的大幅增長。特別是在安德烈•K•海姆教授和科斯佳•諾沃謝洛夫研究員因?qū)κ�墨烯的研究共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)以后，全球石墨烯專利申請(qǐng)數(shù)量開始急劇增長，其中，2014年全球石墨烯相關(guān)專利的申請(qǐng)數(shù)量就高達(dá)5047件，表明石墨烯的相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)入快速發(fā)展軌道。

2008-2015年中國石墨烯相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量統(tǒng)計(jì)（單位：篇）

2008-2014年全球范圍內(nèi)石墨烯相關(guān)專利申請(qǐng)

根據(jù)石墨烯相關(guān)專利歷年的申請(qǐng)情況，結(jié)合每年專利發(fā)明人數(shù)量，2008年以前為石墨烯研發(fā)技術(shù)的萌芽階段，2008年至2015年為技術(shù)的成長階段，而2015年之后石墨烯研發(fā)生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)開始趨向于成熟，即成熟階段初期，這個(gè)階段石墨烯開始逐步小規(guī)模生產(chǎn)，但是，其生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)仍有待于進(jìn)一步突破。

石墨烯是由碳原子組成的六角型呈蜂巢晶格材料，單層石墨烯薄膜只有一個(gè)碳原子厚度，是目前已知的最薄的一種新材料，具有極高的比表面積、超強(qiáng)的導(dǎo)電性和強(qiáng)度以及透明度等優(yōu)點(diǎn)。石墨烯同時(shí)具備透光性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、電子遷移率高、電阻率低、機(jī)械強(qiáng)度高等眾多普通材料所不具備的性能，未來有望在電子、儲(chǔ)能、催化劑、傳感器、光電透明薄膜、超強(qiáng)復(fù)合材料以及生物醫(yī)療等眾多領(lǐng)域應(yīng)用，可以說是未來最有前景的先進(jìn)材料之一，引領(lǐng)多領(lǐng)域劃時(shí)代的變革。

石墨烯主要應(yīng)用領(lǐng)域

1、導(dǎo)電油墨：石墨烯導(dǎo)電油墨具備成本優(yōu)勢

導(dǎo)電油墨是用導(dǎo)電材料制成的油墨，具有一定程度導(dǎo)電質(zhì)，可作為印刷導(dǎo)電點(diǎn)或?qū)щ娋�路之用。將近年來在手機(jī)、玩具、薄膜開關(guān)、太陽能電池、遠(yuǎn)紅外發(fā)熱膜以及射頻識(shí)別技術(shù)等行業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。過去數(shù)十年來，導(dǎo)電油墨最大的下游是太陽能電池以及顯示器件。未來包括觸摸傳感器及其電極、RFID 以及電子紙張的應(yīng)用也將同時(shí)保持增長。石墨烯導(dǎo)電油墨強(qiáng)大優(yōu)勢，發(fā)展前景看好。導(dǎo)電油墨屬于填充型復(fù)合材料，是印刷與燒結(jié)處理后具有導(dǎo)電性能的油墨。石墨烯應(yīng)用在油墨的優(yōu)勢主要有兩點(diǎn)：一是兼容性強(qiáng)，石墨烯油墨可在塑料薄膜、紙張及金屬箔片等多種基材上實(shí)現(xiàn)印刷；二是性價(jià)比高，與現(xiàn)有的納米金屬(如納米銀粉、納米銅粉等)導(dǎo)電油墨相比，石墨烯油墨具有較大的成本優(yōu)勢。

由于石墨烯的良好性能，其制成的油墨具有電阻小、導(dǎo)電性強(qiáng)以及光學(xué)透明性高等特點(diǎn)，在各類導(dǎo)電線路以及傳感器、無線射頻識(shí)別系統(tǒng)、智能包裝、醫(yī)學(xué)監(jiān)視器等電子產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用。2015年導(dǎo)電油墨的產(chǎn)量也已達(dá)到80萬噸。預(yù)計(jì)到2015年導(dǎo)電油墨產(chǎn)量將達(dá)到130萬噸，隨著石墨烯的生產(chǎn)技術(shù)成熟、成本降低，石墨烯導(dǎo)電油墨將逐漸占據(jù)市場份額。預(yù)計(jì)到2020年導(dǎo)電油墨領(lǐng)域石墨烯應(yīng)用市場規(guī)模達(dá)到2億元。

2015-2020年中國電油墨產(chǎn)量預(yù)測

2、防腐涂料：石墨烯防腐涂料技術(shù)日趨成熟

目前國內(nèi)重防腐涂料消費(fèi)量近180萬噸，占世界重防腐涂料總消費(fèi)量的40%以上。我國重防腐涂料需求主要集中在船舶、石油化工、橋梁、集裝箱等領(lǐng)域。涂料中添加石墨烯后，石墨烯能夠形成穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)格，有效提高鋅粉的利用率，從實(shí)際效果來看，添加約5%的石墨烯粉，可減少50%鋅粉的使用量。同時(shí)，石墨烯涂層能在金屬表而與活性介質(zhì)之間形成物理阻隔層，對(duì)基底材料起到良好的防護(hù)作用。近年石油化工、鐵路交通、新能源、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等更是蓬勃發(fā)展，為重防腐涂料提供了廣闊的市場空間。我國石墨烯新型防腐涂料，已于2015年3月20日在江蘇道森新材料有限公司成功研發(fā)，并已應(yīng)用于海上風(fēng)電塔筒的防腐，近來已有很多企業(yè)均開發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品并在各類防腐領(lǐng)域應(yīng)用。未來石油化工、鐵路交通、新能源、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等更是蓬勃發(fā)展，為重防腐涂料提供了廣闊的市場空間。預(yù)計(jì)到2020年防腐涂料領(lǐng)域石墨烯應(yīng)用市場規(guī)模達(dá)到5-8億元。

2015-2020年中國重防腐涂料消費(fèi)量預(yù)測

3、散熱材料：石墨烯散熱材料在消費(fèi)電子領(lǐng)域快速發(fā)展

電子和光子器件的散熱是影響電子技術(shù)發(fā)展的主要問題，手機(jī)、電腦、微型電路等設(shè)備的散熱主要通過各類散熱片來解決。目前，市場中的電子產(chǎn)品的散熱片主要是石墨散熱片。但是，石墨烯導(dǎo)熱片的導(dǎo)熱快、可折疊等性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于石墨片，極佳的散熱材料如熱導(dǎo)纖維、熱導(dǎo)塑料等，并且技術(shù)難度小、工藝相對(duì)成熟，存在快速進(jìn)入市場的機(jī)會(huì)。尤其在智能手機(jī)領(lǐng)域，手機(jī)要求輕薄、便攜，未來要求可折疊，因此石墨烯導(dǎo)熱膜具有極大優(yōu)勢。預(yù)估未來采用石墨烯散熱膜進(jìn)行散熱的散熱組件占總電子產(chǎn)品及LED產(chǎn)品市場的10%，即可為石墨烯散熱膜帶來15-20億左右的市場空間。

2016-2020年電子產(chǎn)品應(yīng)用石墨烯導(dǎo)熱膜市場規(guī)模預(yù)測

2016-2020年LED應(yīng)用石墨烯導(dǎo)熱膜市場規(guī)模預(yù)測

4、鋰電池：石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用多元化

石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用比較多元化，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的是用在正極材料中作為導(dǎo)電添加劑，來改善電極材料的導(dǎo)電性能，提高倍率性能和循環(huán)壽命。目前比較成熟的應(yīng)用是將石墨烯制成導(dǎo)電漿料(主要材料為5%的石墨烯粉體和93%的NMP以及少量其他助劑)用于包覆磷酸鐵鏗等正級(jí)材料。正極用包覆漿料目前主要包括石墨漿料、碳納米管漿料等，隨著石墨烯粉體、石墨烯微片粉體量產(chǎn)、成本持續(xù)降低的情況下，石墨烯漿料將呈現(xiàn)更好的包覆性能。石墨烯漿料將隨鋰電池增長而穩(wěn)步上升。鋰離子電池主要應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、攝像機(jī)等便攜式電子器件等方面，并積極地向電動(dòng)力汽車等新能源汽車領(lǐng)域擴(kuò)展，具有長期發(fā)展前景。由于石墨烯對(duì)于電池性能有諸多提升作用，對(duì)動(dòng)力電池性能要求的不斷提升必將拉動(dòng)石墨烯在電池領(lǐng)域的發(fā)展。同時(shí)石墨烯電池行業(yè)規(guī)模有望充分受益于動(dòng)力電池的放量，分享新能源汽車行業(yè)的增長。

2015-2020年中國鋰電池產(chǎn)量預(yù)測

5、超級(jí)電容：石墨烯超級(jí)電容器領(lǐng)域大展身手

石墨烯的電導(dǎo)率高、比表而積大、且化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，表而更有效的釋放，有利于電子的滲透和運(yùn)輸，更加適合作為超級(jí)電容器電極材料。目前，我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)石墨烯超級(jí)電容器的投產(chǎn)，技術(shù)上已經(jīng)完全可以實(shí)現(xiàn)石墨烯超級(jí)電容器的生產(chǎn)。根據(jù)美國ID Tech Ex公司報(bào)告，全球超級(jí)電容器市場將從2013年的8億美元增長到2018年的31.3億美元，年復(fù)合增長率達(dá)到30.2%。而石墨烯基超級(jí)電容器的產(chǎn)業(yè)化也在不斷推進(jìn)：在國內(nèi)，中國中車研發(fā)的3伏／12000法拉石墨烯／活性炭復(fù)合電極超級(jí)電容和2.8伏／30000法拉石墨烯納米混合型超級(jí)電容已經(jīng)獲得中國工程院鑒定，整體技術(shù)達(dá)到目前世界超級(jí)電容單體的最高水平。根據(jù)測算，2016年中國超級(jí)電容器市場規(guī)模將突破30億元，預(yù)計(jì)2020年中國超級(jí)電容器市場規(guī)模將超過60億元。石墨烯在超級(jí)電容市場潛在應(yīng)用規(guī)模達(dá)到3-5億元。

2015-2020年中國超級(jí)電容器市場規(guī)模預(yù)測