我国石墨烯企业以小微企业和初创企业为主,在2020年的疫情中承受了不小压力,石墨烯产业规模增速整体放缓,但疫情之下也催生了石墨烯在医疗、健康领域的应用新需求。2021年作为“十四五”规划的开局之年,我国经济发展将更加注重科技创新和高质量发展,预计石墨烯领域也将进一步加快技术创新突破及成果转化,但受制于下游迟迟无法实现大规模应用,产业规模增速继续放缓。

 

对2021年形势的基本判断

(一)产业规模增速放缓

2020年,我国石墨烯产业热度有所下降,一方面新冠肺炎疫情突如其来,对企业生产、进出口等均带来一定影响,再加上石墨烯企业多数为小微企业,资金、供应链等受影响更大;另一方面宏观经济下行压力逐渐加大,国内、国际宏观环境不确定性增多,石墨烯产业迟迟无法实现大规模商用,相关投资也变得更加谨慎。预计全年石墨烯市场规模达到135亿元左右,增速明显放缓。2020年,仍有一些石墨烯项目落地,如黑龙江石墨烯科创城项目落户哈尔滨呼兰开发区;阳煤集团与杭州高烯科技有限公司签署合作框架协议,共同建设年产千吨的单层氧化石墨烯原料生产线及配套应用项目等。

 

预计2021年,新冠疫情对石墨烯行业的影响仍将延续,再加上下游迟迟无法实现大规模应用,在产的企业也一直未能形成稳定的盈利模式,地方政府、企业等在石墨烯领域的投资也变得更加谨慎,石墨烯产业发展进入“平台期”,产业规模增速可能继续放缓。

 

(二)科技创新成果不断涌现

2020年,我国石墨烯研究热度依旧不减,各高校、研究机构、科研院所等石墨烯科技创新成果不断涌现。其中中国科学院大学联合大连理工大学,在高质量、大面积、单层石墨烯的可控合成及其生长激励研究方面取得重要进展,实现了大面积高质量单层石墨烯的生长;厦门大学与英国兰卡斯特大学合作,在基于石墨烯电极的单分子器件方面取得重要研究进展,对后续进一步研究和设计功能多样的单分子电子器件具有重要的参考价值;中科院金属所与伦敦大学合作,设立了基于石墨烯薄膜的全固态柔性电化学电容器,不仅保证了整个器件的柔性,还进一步发展了智能器件。此外,在石墨烯单晶晶圆制备、高品质石墨烯散热膜等领域也取得多项突破。

 

预计2021年,石墨烯作为我国重要的前沿新材料,在推动传统产业转型升级和新兴产业发展方面将发挥更大的作用,国家及地方层面有望在石墨烯领域设立更多的科研专项,促进石墨烯领域加快科技创新及成果转化。

 

(三)石墨烯散热材料迎来发展热潮

2020年,石墨烯在散热领域大放异彩,5月份,华为发布的国内首款5G平板MatePadPro5G搭载了超厚3D石墨烯散热技术,并在上半年投资了常州富烯科技(主导产品为石墨烯导热膜、石墨烯导热片等),布局石墨烯散热技术,在一定程度上引领了电子设备散热市场的发展趋势。10月,小米宣布正式完成对黑睿科技(覆盖石墨烯原料生产到导热膜制备全链条的公司)的追加投资,预计今年底将建成月产10万平的是石墨烯导热膜产线。此外,道明光学、贝特瑞等公司也纷纷在石墨烯导热膜领域加大投资,建设石墨烯导热膜生产线。

 

预计2021年,随着5G手机换机潮的到来,石墨烯在电子设备散热方案中的应用有望迅速扩大。除了智能手机外,5G基站、服务器、笔记本电脑等许多领域的关键材料,在兼顾导热性能和成本的同时,对石墨烯的导热需求也越来越多。预计石墨烯导热膜的市场规模在未来两到三年内有望达到23亿美元[ 国际数据公司(IDC)预测数据。]。尤其随着华为、小米等头部企业持续加码石墨烯导热膜的投资与应用,必将带动其他厂商也加速在石墨烯散热材料、散热组件等领域的布局。

 

(四)疫情催生石墨烯应用新需求

2020年,新冠肺炎疫情当前,医疗卫生的重要性得到进一步凸显,石墨烯基于其优越的性能,在医疗卫生领域展示了广阔的应用前景,带来了新的市场需求。烯旺新材料科技股份有限公司联合清华大学长庚医院、江苏省石墨烯创新中心等多家单位研制出了石墨烯防雾光疗护目镜,获得医疗器械备案证,并在多家一线医院进行临床应用。东南大学与常州碳星科技有限公司联合昆山好六石墨烯技术有限公司、苏州市好孩子集团等企业联合研发出了一款儿童KN95级石墨烯防护口罩,并被批准上市。

 

预计2021年,随着疫情常态化,人们对健康保健的意识更加强烈,石墨烯在大健康和医疗领域的应用有望继续拓展,石墨烯口罩、石墨烯采暖产品、石墨烯医疗器械、石墨烯炭包等产品市场容量有望继续扩大,且随着技术的不断突破,成本也有望继续降低,但现在这些石墨烯产品是否比传统的如活性炭吸附剂等同类产品更具有竞争力,也有待市场的进一步检验。

 

需要关注的三个问题

(一)关键技术未突破,制约下游大规模应用

经过多年的自主研发,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,但低成本规模化制备技术、下游应用技术、绿色制备技术等方面仍存在技术瓶颈。目前虽然国内石墨烯粉体及薄膜材料都已经建成生产线,并基本实现量产,但产品普遍存在尺寸和层数不均匀、质量不稳定等问题,材料的各项性能指标远不及实验室水平,难以满足大规模工业化量产的需求。

 

从应用场景看,目前石墨烯粉体主要以添加剂的形式加入基体材料以提升相关性能,但结构完整的石墨烯表面不含有任何基团,与其它介质的相互作用较弱,很难与其它有机或无机材料实现均匀复合。因此如何在保证石墨烯结构完整的情况下,提高粉体材料与基体材料间的相容性、均匀分散性仍然成为制约石墨烯下游大规模产业化应用的关键问题。

 

(二)以材料生产企业为主导,下游应用企业参与度偏低

石墨烯作为一种新材料,只有实现大规模成功应用才能真正体现其价值,因此产业发展必须以应用为牵引,重视下游应用企业参与。但目前我国石墨烯参与发展以科研院所和石墨烯生产企业为主,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。反观美、日、韩等国家,则均有一批应用领域的领军企业参与石墨烯研发及产业化,如美国的IBM、波音,日本的松下、韩国的三星等,从应用需求入手,推动本国石墨烯产业化进程。

 

(三)标准、检测体系不完善,产品鱼龙混杂

目前我国石墨烯标准化方面虽然取得了一定进展,但是在下游具体应用产品、检测标准、使用标准等方面仍是空白。从上游材料制备来看,石墨烯材料有粉体、微片、浆料、薄膜等多种类别,由于缺乏统一的标准,市场上每种材料品种差异较大、等级规格各异、命名规则不一。由于没有明确的标准,目前对石墨烯产品的检测报告多以材料性能的客观描述为主,再加上不同应用领域对石墨烯材料的性能要求也不同,故没有统一的标准来区分材料质量的好坏,且目前的检测手段仅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。

 

应采取的对策建议

(一)推动关键核心技术突破

充分发挥各地石墨烯制造业创新中心、科研院所和高等院校等的创新力量,制定石墨烯产业技术创新目录和技术突破路线图,组织优势力量开展重大项目和重点应用的技术攻关,对石墨烯材料规模化制备、清洁生产等关键技术和成套设备加强攻关,加快关键技术成果的转化。围绕新一代信息技术、新能源汽车、高端装备等新兴产业领域发展需求,坚持需求引导,开展石墨烯前沿性和战略性方向、核心技术、专利和产品的布局,培育未来市场。尽快研究制定石墨烯技术成熟度路线图,对重点企业技术成熟度、经营状况、产品销售等进行评估,科学评判其产业化发展阶段和发展前景。

 

(二)强化产业融合发展

继续深化石墨烯对传统产业转型升级的推动作用,从传统产品改性入手,选择目前技术较为成熟、量大面广、下游用户认可度偏高的石墨烯散热材料、增强复合材料、储能材料等产品开展应用示范,充分利用首批次保险补偿机制等相关政策,降低下游用户使用风险,有效激活石墨烯下游应用市场需求,推动大规模产业化应用。围绕新一代信息技术、新能源汽车、5G、高端装备等新兴产业领域发展需求,坚持需求引导,开展石墨烯前沿性和战略性方向、核心技术、专利和产品的布局,培育未来市场。

 

(三)加强公共服务平台建设

围绕石墨烯产业发展特点,依托产业链上下游骨干企业、科研院所等,优化配置资金、技术、装备等资源,建设一批石墨烯产业科技服务、检验检测、质量认证、人才培训、创新孵化等公共服务平台。公共服务平台建设要严格按照“政府引导、市场运作”原则运作,积极拓展融资渠道。通过制定风险补偿等优惠政策,引导社会资本进入支持,对于地方运行良好的公共服务平台积极申请国家支持。

 

(四)做好国家级制造业创新中心的筹备

整合目前国内石墨烯创新中心的优势力量,尽快组织筹备国家石墨烯制造业创新中心,加强对行业关键技术的前瞻性布局,做好石墨烯技术转移扩散和首次商业化。创新中心的成员单位要注重下游应用企业尤其是大型企业的参与,建议对下游应用领域企业的占比及业内排名提出明确要求。现有省级创新中心要继续加强对下游应用企业(尤其是龙头企业)的资源集聚,充分发挥应用企业的市场优势,以市场需求为导向,加快推动石墨烯的大规模应用。