石墨烯成新材料競爭高地 我國專利總數全球第一能否“躺贏”？

石墨烯成新材料競爭高地 我國專利總數全球第一能否“躺贏”？

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格的二維納米碳材料。石墨烯作為一種新型的二維碳納米材料，具有超薄、超輕、超高機械強度、超強導電性等優異性能，可廣泛應用于電子信息、新材料、新能源、生物醫藥、航空航天及環境保護等諸多領域，是推動高技術發展的重要材料之一。美國、歐洲、日本及韓國等國家紛紛從戰略層面部署石墨烯的研發和應用，未來5至10年全球石墨烯市場將進入高速發展時期。據 MarketsandMarkets 發布《全球石墨烯產品、應用及區域市場：2020年趨勢和展望》報告，到2020年全球石墨烯材料市場預計將達2.78億美元，2015年至2020年復合增長率達42.8％。

2017年，我國石墨烯市場規模約為1.27億元人民幣。目前，全國在工商、民政等部門登記注冊的石墨烯單位已超過4800家。我國的石墨烯企業集聚效應明顯，長三角地區是我國石墨烯發展較早也是石墨烯產業鏈較為完善的地區，目前擁有石墨烯相關企業600多家。2018年我國積極建設石墨烯產業基地，以產業應用為目的，促進科學研究及成果轉化。2018年11月，中國科學院寧波材料技術與工程研究所石墨烯研究團隊聯合浙江省石墨烯制造業創新中心成功研制出能量密度高達545Wh/kg、容量達130kWh的石墨烯鋁燃料電池發電系統；寧波墨西科技有限公司經過半年多的前期規劃、產線設計和設備選型及安裝，于2018 年建成萬噸級石墨烯導電漿料生產線，可提供批量化、高性價比的電池用石墨烯復合導電漿料。

從全球范圍內來看美國、歐洲、日本及韓國等各國均將石墨烯的研發上升至戰略高度，力爭把握石墨烯技術革命和產業革命的機遇。全球對石墨烯的研究主要以提升制備方法和挖掘性能為主。在性能挖掘及理論升級方面，英國牛津大學Lapo Bogani團隊通過穩定的自旋軸承基團功能化分子石墨烯納米帶，解決了納米帶邊緣無法以原子精度制備和石墨烯端基不穩定的兩大問題。在制備方法改進方面，里雅斯特大學Maria Peressi、國家研究委員會（CNR）TASC 的 CristinaAfrich 等人組成的研發團隊從實驗和理論上證明了在鎳（Ni）上生長石墨烯的技術相關過程中單金屬吸附原子所起的催化作用。



近年來，我國在石墨烯領域開展了大量研究，躋身世界石墨烯研究領域第一梯隊，申請專利總數世界第一，在石墨烯制備、物性與應用基礎探索方面獲得了一批具有國際影響力的創新研究成果，同時石墨烯產業也呈現蓬勃發展之勢。研究力量主要集中在北京大學、清華大學、中國科學院、浙江大學和哈爾濱工業大學等高校、北京石墨烯研究院等新型研發機構以及部分企業。近十年，我國專利申請數量在全球申請數量中的占比快速增長，從2009年的15.6％上升至93.1％，成為了目前專利申請的主力軍。各高校、研究所及企業在石墨烯領域取得一定成果。在石墨烯性能挖掘及理論升級方面，電子科技大學的姚佰承教授等人通過諧振腔集成單晶石墨烯半導體異質結，實現了光頻梳的大范圍可調，并展示了豐富的多孤子態輸出；此外，中國科學院寧波材料技術與工程研究所、西安交通大學、南開大學及廈門大學也取得重要的研究進展。



在石墨烯制備方法改進方面，2018年和2019年，北京石墨烯研究院、北京大學、中科院微系統所、北京航空航天大學、中國科學院大連化學物理研究所、武漢大學、天津大學及廈門大學等取得進展，其中2019年4月，北京大學和北京石墨烯研究院的劉忠范院士及彭海琳教授課題組實現了超潔凈石墨烯薄膜的 CVD 制備。此外，該團隊還在前期實驗室規模制備的基礎上，制備了大尺寸的銅（111）單晶襯底和銅鎳合金（111）單晶襯底，并與大型工業化 CVD 系統的制造廠家合作，設計了適合于 4英寸晶圓的石墨烯單晶批量制備高溫化學氣相沉積設備，可以實現最大達到6 英寸基片，最多一批次25片的石墨烯單晶晶圓的批量化制備，年產能可達到1萬片。

石墨烯成新材料競爭高地 我國專利總數全球第一能否“躺贏”？

我國石墨烯產業只實現了初步應用，多數產品停留在樣品和實驗室階段。關鍵核心技術還未突破。同時，市場上大多產品為穿戴式發熱產品，屬于低端應用，因其門檻低，造成了眾多企業在此領域集中發展的現象。另外在專利方面，我國專利申請數量雖多，但質量不高，缺乏創新型發明專利。



未來，石墨烯作為國際高科技產業競爭的熱點，為了增強國內石墨烯的競爭力，我國應建立完善的適合中國石墨烯產業的相關標準；推動石墨烯制備領域關鍵技術的研究和開發；加快石墨烯在高技術領域的布局發展，將石墨烯的研究重點和國家制造強國戰略相統一。

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