繼2004年英國曼徹斯特大學Andre Geim 和 Kostya Novoselov 成功從石墨上剝離石墨烯并于2010年獲得諾貝爾物理學獎，石墨烯用了短短數年的時間便完成了從登上歷史舞臺到走進公眾視線的過程。學術界、產業界、金融界甚至各國政府都對這種二維蜂窩結構單原子層碳材料寄予厚望。由于其具有最薄、最大比表面積、最硬、最抗拉等諸多史上最強性質和高導電導熱、生物兼容性、類催化劑能等獨特性質，在眾多領域都可以得到應用。

 

　　一、全球石墨烯科技研發簡況

 

　　石墨烯概念問世之初，學界對其關注較少，尚無人問津，有數據統計，2001-2004年期間，石墨烯相關的學術論文，總計發表不到40篇，主要來自美國、英國。然而自從2004年石墨烯成功剝離，證實了二維材料的存在與優異性，石墨烯的受關注度大幅上升，相關研究也隨之展開。僅2007年一年，全世界便有超過4 000篇學術文章發表。2009年起，石墨烯的研究進入了高速推進的階段。此時，中國的石墨烯研究也正式走入正軌，論文發表數量位居世界前列。2010年石墨烯創新性實驗獲得諾貝爾物理學獎更是一個高效催化劑，使石墨烯材料受到了學術界、產業界的熱捧，使諸多物理、化學、材料、生物、電子領域研究人員趨之若鶩。目前，國際石墨烯研究熱點集中在前沿物理性能探索及石墨烯器件應用方面，具體終端應用處于探索階段。截至2015年，世界范圍內已有4萬余篇石墨烯相關文獻發表，其中中國發表量位居世界第1，超過總量的1/3。

 

　　根據湯森路透社Derwent創新數據庫和全球專利數據庫Patstat數據顯示，隨著石墨烯科研期刊的快速增長，過去10年中，石墨烯專利申請的步伐也隨之加快。專利數量的快速增長始于2011年(達到2008年專利申請數量的10倍)，并持續上升。在這爆發式增長的浪潮中，中國占據了半壁江山。正如諾獎得主Andrea Geim所說，英美是石墨烯研究方面的先驅及達者，但毫無疑問中國是應用開發方面的先行者，石墨烯商業化的引領者。

 

　　目前，美國、英國、日本等全球80多個國家地區開展石墨烯材料研發，近300家公司涉足石墨烯相關的研究和開發，其中比較有影響力的企業主要有IBM、英特爾、三星等公司，重點集中在鋰離子電池、通信電子元件、電子芯片、顯示器件，但多以小批量制備為主，尚未有實現大規模產業化生產的報道。

 

　　二、我國石墨烯產業發展概況

 

　　中國石墨烯及相關產業在國家政策的引導，投資項目的助推，企業轉型的迫切需求的三重動力促進下發展迅速。

 

　　“十二五”期間，石墨烯等新材料產業已被作為重要的戰略新興產業。我國陸續為石墨烯相關項目給予政策支持、資金扶助，并通過產業聯盟等組織，助力石墨烯在技術路線、標準戰略、專利布局、國際合作等方面加速發展，“十三五”規劃中更是加大對于石墨烯等新材料的政策偏移與投入，各地方政府根據國家總體規劃紛紛出臺各地配套政策與措施，推進石墨烯科技研究與產業化進程。目前我國石墨烯的研究依然以各高校和科研院所為主力，包括清華大學、北京大學、國家納米中心、中國科學院金屬研究所、中國科學院寧波材料技術與工程研究所(以下簡稱“中科院寧波材料所”)、江南石墨烯研究院等，主要研究方向為石墨烯的高效、綠色制備，以及石墨烯在各個功能領域的應用，眾多研究成果占據了我國絕大部分的石墨烯文章發表和專利申請數量，為石墨烯未來的發展奠定了堅實的技術基礎。產業方面，目前我國已成為世界首屈一指的石墨烯生產大國，現有以寧波墨西科技有限公司、重慶墨希科技有限公司、鴻納(東莞)新材料科技有限公司等知名石墨烯生產廠家為首的大量石墨烯生產企業浮出水面，根據公開報道我國石墨烯產能已達到萬噸級。

 

　　資金推動方面，以各地方政府的科技經費支持為引導，大量社會資本投入主要支撐石墨烯產業的發展。東旭光電、烯碳新材等眾多上市企業以及中建材集團、中國石油等老牌央企國企，另有華為等行業巨頭。諸多方面的資本力量投入在很大程度上刺激了石墨烯行業的飛速擴張，為石墨烯創業企業孵育以及傳統材料企業轉型提供原動力。

 

　　三、北京石墨烯及相關領域發展研究

 

　　北京作為全國科技創新中心，擁有豐富科技資源，是全國石墨烯研究綜合實力最強的地區。北京聚集了諸如清華大學、北京大學、中國航空發動機集團公司北京航空材料研究院、國家納米科學中心、北京理工大學、北京航空航天大學、北京化工大學、中國航發北京航空材料研究院等一批進行石墨烯研究的科研院所，其院所數量及研究人員數量占全國半數以上。同時，北京在海淀、懷柔、大興、豐臺等地的創新科技園擁有完整的企業孵化服務體系，幫助產業落地、成果轉化，將實驗室中的技術擴大應用，孵育出一批活躍的創業企業。

 

　　北京市科委在石墨烯領域也進行了長期布局，從“十二五”初期起即布局了相關科技項目，累計投入科技經費數千萬元，重點支持了石墨烯改性復合材料、石墨烯薄膜材料，以及石墨烯相關電子器件的研發。

 

　　科技研發方面，北京聚集了眾多業內頂尖優秀團隊，包括北京大學劉忠范院士團隊、中國科學院化學研究所劉云圻院士團隊、清華大學魏飛團隊、北京化工大學戴黎明團隊等數十個由各大高校院所院士、教授帶領的團隊，擁有10家石墨烯領域重點實驗室和工程技術中心，在低成本高質量石墨烯批量制備、石墨烯復合材料、透明導電薄膜及超級電容器制備等領域研發實力和技術水平國內領先，單晶石墨烯薄膜制備、石墨烯玻璃、石墨烯海水淡化膜等技術國際領先。強大的技術攻關能力為北京市石墨烯發展提供了厚實的技術儲備和未來探索潛能。

 

　　產業化方面，受京津冀一體化疏解北京非首都功能影響，北京市的一般制造業逐步外遷，重點發展“高精尖”產業。北京現有石墨烯企業基本為新創企業，規模不大，但在石墨烯應用方面各有特色優勢。例如，北京旭碳新材料科技有限公司是東旭光電旗下全資子公司，主要產品為石墨烯散熱材料、石墨烯鋰離子電池負極材料等應用產品。擁有來自北京理工大學的高端技術團隊作為技術支撐;北京碳世紀科技有限公司入駐豐臺科技園，主要產品為單層石墨烯粉體、潤滑油添加劑、超級電容等，其在常州已建成噸級石墨烯材料示范線，并且添加劑產品“碳威”已形成規模銷售;入駐懷柔科技產業園的北京北方國能科技有限公司，專注于石墨烯/碳納米管雜化材料的研制和生產，擁有來自清華大學的頂尖科研團隊，已有南車集團、中國航天科工集團等意向客戶。此外，北京還有北京豐泰新材料檢測院有限公司(以下簡稱“豐泰檢測院”)這類專司石墨烯標準檢測計量與應用服務的專業服務機構。豐泰檢測院與英國NPL開展戰略合作，使用NPL檢測設備及技術，作為NPL的窗口企業，正在進行檢測與服務平臺建設。

 

　　國務院于2016年9月18日印發《北京加強全國科技創新中心建設總體方案》，明確了北京加強全國科技創新中心建設的總體思路、發展目標、重點任務和保障措施。方案指出要重點突破石墨烯材料等一批關鍵共性技術，引領支撐首都“高精尖”經濟發展。北京在石墨烯領域將進一步聚焦石墨烯技術創新，發揮技術源頭作用，并結合完善的創業服務體系及金融資源為石墨烯領域培育重點企業。

 

　　目前北京市科學技術委員會(以下簡稱“北京市科委”)在石墨烯領域開展了如下舉措：

 

　　一是率先啟動北京市石墨烯科技創新專項。北京市石墨烯科技創新專項計劃將撥出專門經費持續支持石墨烯技術重大原創性突破與高端應用，兼顧基礎前沿與產業技術創新并行，力爭在石墨烯材料制備及應用等領域取得重大突破，搶占全球石墨烯科技制高點，形成一批具有自主知識產權的核心技術。專項啟動同時，北京市科委成立北京市石墨烯科技創新專項專家委員會。專家委員會囊括北京大學劉忠范院士、北京航空材料研究院戴圣龍院長、清華大學魏飛教授、國家納米中心趙宇亮研究員等技術專家與企業代表，為北京市未來10年石墨烯的發展出謀劃策，并促成北京石墨烯產業的政產學研相結合。目前，正在依托專家委員會，編制產業技術路線圖，形成凝聚行業共識的產業發展路線。

 

　　二是籌備建設新型科研機構——北京石墨烯研究院。依照北京市科技創新大會精神，借鑒北京生命科學研究所建設模式，北京市科委推動籌建北京石墨烯研究院，遴選全球頂尖的領銜科學家給予持續穩定支持，進行用人與評價機制突破創新，探索培育新型科研機構建設模式，形成與國際接軌、符合國情的科研管理和運行機制。

 

　　四、發展建議

 

　　科技發展是第一生產力，石墨烯技術產業發展也應緊扣技術攻關。以石墨烯制備技術為例，石墨烯材料的優異性需要完善的制備工藝才可體現。然而目前石墨烯材料的制備技術尚無法使石墨烯產品性能達到理想狀態，且成本過高，阻礙石墨烯產品產業化。故石墨烯材料制備工藝的創新突破至關重要。石墨烯粉體制備需突破大批量綠色制備工藝，重點攻關非氧化剝離石墨烯粉體制備技術。高品質單晶石墨烯薄膜的生產技術目前還處于發展階段，需重點攻克大面積高品質單晶石墨烯薄膜制備工藝及無損剝離工藝，以適應未來石墨烯半導體、電子元器件的發展需求。

 

　　目前國內石墨烯材料在應用中扮演“工業味精”的角色，應用面廣而不專精。每一種材料肯定有其最適合發揮作用的領域，一味地追求全面應用既不科學，也不現實。針對這一現狀，學術界、產業界應帶頭致力發掘石墨烯真正的“殺手锏”應用，以應用帶動技術和產業發展，攻關真正符合石墨烯產業發展的核心共性技術。目前IBM、三星等國際企業已布局完成石墨烯CVD制備、大面積薄膜生產，以及半導體方面完成了專利布局，累積了雄厚的技術經驗，為下一代半導體技術革新及發展柔性電子器件打下了堅實的基礎，這是我們可以學習借鑒的。

 

　　石墨烯產業的發展，除了技術層面的突破，還需要充分發揮市場的導向性和政府的引領作用。二者分工協作，保持共軛并行，積極有效地整合資源、人才、技術等產業發展關鍵要素。政府應加大政策和資金扶持力度，企業以及社會資本應在資金運作及產業規劃上積極配合政府，從而形成政產學研相結合的健康發展道路。

 

　　來源：北京新材料發展中心 文/張韡、周航

圖片來源：找項目網