石墨烯新材料：手端“金饭碗”，缘何吃不香？

石墨烯，作为目前发现的最薄、最强韧、导电导热性最好的新型纳米材料被誉为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯“将彻底改变21世纪”。进入新时代后，石墨烯行业更被认为是“金饭碗”。

但现实却是，石墨烯行业至今还没有一个产值过亿的龙头企业。手里端着“金饭碗”，为何却吃不到、吃不香？

业内专家认为，石墨烯产业发展最突出的痛点体现在应用端：材料太贵，没有匹配适用的应用场景，无法产业化批量化生产，难以降低综合成本等。因此，只有实现大规模商业级应用才能真正体现石墨烯的价值，寻找到石墨烯可实现大规模商业级应用场景至关重要。

市场规模或达千亿级

石墨烯是一种以sp杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。

研究表明，1毫米厚的石墨烯包含大约300万层结构，其直径是头发的100万分之一，比“蝉翼”还更轻薄，甚至是接近于透明。石墨烯的柔韧性、强度以及弹性非常好，出色的柔韧性使得它能更好地变换形状，可以添加到绝大多数工业品中，形成石墨烯复合材料。同时，石墨烯几乎是目前人类已知材料中导热性最高的材料，因此它可以更好地进行散热。此外，石墨烯的强度是钢铁的200倍。其优越的辐射耐受性将使其对于空间的应用中成为无价之宝，而其光学和导电特性的结合将在光学发展中扮演“关键先生”，具有更快的调制和更高的灵敏度。

石墨烯对改造提升传统产业、强化创新驱动、促进经济稳增长、调结构增效益具有重要意义，世界各国政府高度重视石墨烯新材料、新技术的研发应用和创新。美国、欧盟、日本等80多个国家皆将石墨烯材料发展提高到战略高度，欧洲石墨烯旗舰计划、韩国国家石墨烯计划、新加坡国家石墨烯研究院等相继实施和落地。

2019年，我国首个石墨烯国家标准《纳米科技术语第13部分：石墨烯及相关二维材料》正式发布，石墨烯新材料行业进入产业化攻坚阶段。培育发展未来产业需要抢位与积淀，进入理性发展期后各地都在努力打造集“专业配套+公共检测+研发代工+产业孵化”为一体的、功能齐备的石墨烯产业园区，加快石墨烯上下游应用技术研发和成果转化，促进石墨烯全产业链规模化、高端化发展。

目前，我国石墨烯产业状况如何？据《中国石墨烯行业战略规划和企业战略咨询报告》显示，2019-2023年均复合增长率约为56.39%，预测在2023年中国石墨烯市场规模将突破3000亿元，达到3350亿元左右。

“与欧洲、美国、日本及韩国相比，中国石墨烯行业的关注点不在一个频道上。国外更多关注真正体现石墨烯新材料特性的未来型技术研发，而中国非常重视近期实用性产品开发。”中国科学院院士、北京石墨烯研究院院长刘忠范表示，我们对未来核心技术的关注相对少一点，但从总体上看，中国石墨烯基础研究与产业化力量在全球仍处于第一方队。

“工业味精”还是“工业维生素”

从被发现至今仅有不到20年的时间，石墨烯产业的发展仍然处于初级阶段，新产品、新应用层出不穷，但仍然面临许多“成长的烦恼”。更多时候是以“工业味精”之名闪耀业界——起到提升作用足矣，作为“主打”还欠缺火候，甚至很长一段时间“万物皆可石墨烯”的广告营销被业界诟病。

“关键技术未突破，制约下游大规模应用；以材料生产企业为主导，下游应用企业参与度偏低；标准、检测体系不完善，产品鱼龙混杂”，在中国电子信息产业发展研究院（赛迪研究院）专家肖劲松看来，石墨烯行业的发展痛点在应用端更为明显。这也是欧美国家石墨烯行业发展在部分细分赛道领先的原因，美国、韩国、日本等国家都有一批应用领域的龙头企业、领军企业深度参与石墨烯的研发与产品化，更敏锐把握需求端，发力更有精准性。这与我国石墨烯领域以研发机构和生产企业为主导、应用企业参与积极性不高的路径有异，很明显欧美、日韩国家的路线已经实现有成熟产品不断出新，我国因缺乏长期的投入周期以及相应的稳定性，受困“部分关键技术未突破、生产成本高、应用效果不确定”。

北京绿能嘉业新能源有限公司总裁王敏认为，石墨烯行业目前存在三大问题：第一，关键技术未突破，制约下游大规模应用。石墨烯在规模化生产技术、工艺装备等方面均取得重大进展，在保证石墨烯结构完整的情况下，如何提高粉体材料与基体材料间的相容性、均匀分散性，仍然是制约石墨烯下游大规模产业化应用的关键问题。第二，以材料生产企业为主导，下游应用企业参与度低。受制于部分关键技术未突破、生产成本高、应用效果不确定等因素，下游应用企业普遍呈观望态度，参与度偏低。第三，标准、检测体系不完善，产品鱼龙混杂。由于缺乏统一的标准，市场上每种材料品种差异较大、等级规格、命名规则不一。目前对石墨烯产品没有统一标准来区分材料质量的好坏，且检测手段仅对来样原料当时的状态负责，造成市场上各说各话，产品鱼龙混杂。

目前石墨烯产业的发展瓶颈和当年纳米材料的境遇极为相似，基础研究进展缓慢、产业化进程技术含量低、小企业扎堆竞争、龙头企业布局缓慢。业界人士指出，只有实现大规模成功应用才能真正体现石墨烯的价值，进一步发挥石墨烯“工业维生素”的功用，将其特点利用价值最大化，最终实现部分重点领域“杀手锏”级别的应用。

石墨烯+乡村振兴

目前，石墨烯已在哪些方面应用？刘忠范介绍，中国石墨烯产业有“三大件”，一是新能源，将石墨烯用作锂离子电池的导电添加剂，使电池充电速度更快、电容量提升；二是添加进防腐涂料中，节省防腐涂料中较贵的锌含量，并提升防腐性能；三是大健康领域，比如利用其导热性能制作眼罩、护膝等理疗产品——三者合计，约占我国石墨烯产能九成。

整体来看，目前石墨烯材料应用面广而不专精。那么，未来什么才是石墨烯真正不可替代的“杀手锏”级的商业应用呢？行业需要寻找一个范本以供参考。

“‘杀手锏’级应用就是其他材料取代不了，所以必须基于并放大石墨烯材料的独特优势，来开展‘杀手锏’级应用的探索。”北京石墨烯研究院副院长、石墨烯器件技术研究部部长魏迪认为。

业界普遍认为，石墨烯在乡村振兴中将发挥巨大作用。

2022年1月24日，国务院印发《“十四五”节能减排综合工作方案》提出，到2025年，全国单位国内生产总值能源消耗比2020年下降13.5%，能源消费总量得到合理控制。其中关于农业农村节能减排工程中提到，加快风能、太阳能、生物质能等可再生能源在农业生产和农村生活中的应用，有序推进农村清洁取暖。推广应用农用电动车辆、节能环保农机和渔船，发展节能农业大棚，推进农房节能改造和绿色农房建设。

为着重解决农村地区清洁取暖问题，绿能嘉业通已经成功研制出石墨烯地暖、石墨烯墙暖、石墨烯棚暖、石墨烯毯暖、石墨烯炕暖等一二十款石墨烯电取暖系列产品。除了在传统石墨烯电暖领域领跑之外，绿能嘉业还以产业升级需求为导向，以场景应用落地为抓手，围绕石墨烯新材料的特性，开发了石墨烯温室大棚等科技含量高、应用市场广、高附加值的系列产品。

例如，绿能嘉业研发出的石墨烯可控光谱植物种植大棚，采用太阳光伏能源技术、锂电池储能技术结合石墨烯远红外加热系统，在不增加碳排放前提下促进农作物改善品质，增加收成。可控光谱植物种植大棚是依据植物生理代谢，不同光照序列、不同光质的作用机理创新设计的新型蔬菜、药材、花卉、水果、种苗种植大棚。已经在湖南省湘潭市蔬菜种苗中心大棚得到了应用，解决了反季节冻害难题，缩短了种苗培育时间，增长18%出苗率，减少病虫害，真正做到恒温、节能，净化供养水。

再例如，石墨烯高温板大棚采暖系统，2019年开始在山东省青州市花卉大棚进行安装测试，测试数据显示，大棚冬季采暖温度能根据不同作物需求有效控制在16~25摄氏度区间，满足不同花卉品种的种植需求。同时可控光谱可以有效控制花卉开花期，缩短花卉生长周期，提高花卉品质，得到了花农的高度认可。

“过去一年卖花收入20万元左右，自从2019年安装了石墨烯可控光热系统后，年收入27万元以上。”山东省青州市黄楼街道的花农张宝国表示，过去花卉大棚采暖主要是烧煤为主，成本在3万元/年以上，而现在通过石墨烯可控光热系统只用电就可以，费用比原来降低了五六千元。而且这个系统还能加快花卉的出苗生长，全年销售量也从原来的13000棵增加到了15000棵。

“石墨烯在农业领域的应用前景广阔。随着石墨烯研发的不断深化，农业应用领域将更加广泛，蔬菜大棚、花卉栽培、农林育苗等应用领域都将受益。”王敏表示，未来绿能嘉业将更多投入资金致力于研发、生产，进而带动石墨烯上下游领域协同发展，使“新材料之王”不再只停留于实验室，更多地服务于寻常百姓，助力国家乡村振兴战略。