新材料的宠儿，它究竟有多大的能耐？

石墨烯（Graphene），也许你现在还对它相当陌生，但过不了多久，它就会像虚拟现实、基因编辑、人工智能一样，成为人们耳熟能详、津津乐道的热门科技话题。

作为目前人类发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被材料科学家亲切地称为「黑金」。那么它究竟会给我们的生活带来怎样的变化呢？

一、石墨烯是什么？

石墨烯的命名来自英语 Graphite（石墨）和-ene（烯类结尾）的结合，天然石墨由一层层按蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而成。

石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。如果我们把石墨片剥离到只有一个碳原子厚度的单层，那它就成为了石墨烯。如果要对它下一个科学定义，那就是：

一种由碳原子以 sp2 杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，一种只有一个原子层厚度的准二维材料。它是目前世界上已知的最薄、最硬的材料，其厚度只有 0.335 纳米，就算把 20 万片石墨烯薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。

二、石墨烯有什么用途？

根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。

石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。

1、制造下一代超级计算机。

2、制造“太空电梯”的缆线。

3、可作为液晶显示材料。

4、制造新一代太阳能电池。

5、制造光子传感器。

6、制造医用消毒品和食品包装

7、创制“新型超强材料”。石墨烯与塑料复合，可以凭借韧性，兼具超薄、超柔和超轻特性，是下一代新型塑料。

8、石墨烯适合制作透明触摸屏、透光板。

9、制造晶体管集成电路。

10、制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，具有军事用途。

三、石墨烯的发展现状

目前我国作为全球石墨烯研发和产业化最为活跃的国家之一，高度重视石墨烯的研发与产业化发展。上至国家领导人，下至地方政府、媒体、企业和普通老百姓都十分关注石墨烯及产业的发展进展。国家自然基金委、科技部、国家发改委、工信部等相关部委都高度重视石墨烯的研发、生产与应用，不断加大投入和支持力度。目前已经有几百家科研机构和公司从事石墨烯材料及其相关产品的研发。

四、石墨烯的行业现状

我国石墨烯技术创新成果频出，产业化发展势头迅猛，走在世界前列，且我国从事石墨烯研发、生产的企业数也是全球最多，其中石墨烯应用产品有上百种，但是得到市场认可的寥寥无几。据粗略统计，截至目前，全国石墨烯产业园区、研究院等多达37家;几乎每个月都有1-2场石墨烯相关的会议、论坛等。近年来，石墨烯也受到各种媒体的热捧，关于石墨烯的各种报道铺天盖地，频繁进入人们的眼球，充斥着“一片蓝海”、“带来万亿级市场”、“颠覆性革命”、“充电十分钟，可跑1000公里”、全面代替硅材料等言过其实、过分夸大石墨烯性能的标题。

五、石墨烯面临的制约因素
目前，石墨烯虽然已经走出了实验室，但是大规模商业化应用仍然面临着很多制约因素。

1、技术问题：包括制备、分散、应用和环保等关键技术和装备都尚未突破。虽然目前石墨烯制备技术已经有20多种，但规模化、低成本、高品质和大尺寸的宏量制备技术尚未取得实质性突破，难以满足工业化量产的需求。材料的分散技术，以及与下游工艺、工程化应用相结合的技术等都还制约着产业化进程。

2、市场问题：虽然目前各种应用产品层出不穷，百花齐放，但是缺乏真正的高品质、高附加值和体现石墨烯独特性能的杀手锏级产品，绝大多数只不过是对传统材料进行改性或者努力替代已经成熟的材料，经过改性后的材料性能提升并不明显，或者石墨烯并不是非添加不可，个别甚至在添加之后出现不良后果，难以得到市场认可。

3、成本问题：目前大多数企业尚处于小批量生产的探索阶段，还不能形成稳定的规模化生产能力，没有资金的回笼;且企业前期的研发投入资金量大、周期长，应用市场没有打开，所以不论是材料本身，还是应用产品的成本都很高，这都阻碍了石墨烯进一步走向市场。

此外，石墨烯产业化之路还存在其他一些障碍。比如，石墨烯在某些性能方面本身也存在竞争性材料，如碳纤维、碳纳米管、硅材料等。石墨烯制备还存在着环境风险。氧化石墨烯制备过程中需要大量的酸、碱，材料本身具有较强的稳定性和极易扩散，对环境具有较大的风险。石墨烯的标准缺乏，加之一些误导，使得人们对石墨烯还存在认知上的误区等等。

1、随着制备技术不断成熟，材料价格继续走低：从过去的每克上千元已经逐渐下降到每克不足1元；预计2020年下半年仍将继续走低。

2、对传统产业的提升效果更加显著：随着石墨烯在涂料、复合纤维、锂电池材料等领域的应用不断成熟；预计2020年下半年部分领域将实现批量应用。

3、对新兴产业支撑更加有力：预计2020年下半年石墨烯对新兴产业的支撑作用将更加有力。

如今，石墨烯产业已经到了从实验室走向产业化的关键时期，石墨烯行业已经成为了我国新材料产业乃至制造业实现弯道超车的突破口。中国经济信息社在常州发布的《2018-2019中国石墨烯发展年度报告》显示，我国石墨烯产业前景广阔，产业规模持续增长。据中信证券统计，2018年我国石墨烯产业规模约为111亿元，较2017年的41亿元同比增长58%。

2018年以来，石墨烯粉体和薄膜的生产规模进一步扩大。粉体方面，常州第六元素、青岛昊鑫、宁波墨西等多家企业已拥有国内领先的石墨烯粉体生产线。薄膜方面，长沙暖宇新材料科技公司年产量100万平方米的石墨烯膜生产线已开建，建成后将成为国内第二大石墨烯膜生产线。目前中国石墨烯行业正处于市场导入期，产品尚未成熟，行业利润率较低，但市场增长率较高。预计石墨烯产业2020年进入快速成长期，2021年市场规模可达200亿元，2025年有望达到1000亿元占世界市场规模超过一半，成为全球最大的石墨烯消费国家。

七、石墨烯的应用前景

石墨烯产业目前的细分产品主要是石墨烯粉体和石墨烯薄膜。其中，石墨烯粉体材料制备工艺类化工属性，以添加剂的形式提升产品性能。从制备工艺来看，石墨烯粉体制备工艺更多表现为类化工生产线的特点。短期内大规模制备石墨烯的工艺有望得到突破。以粉体应用为主的行业包括防腐涂料、锂电池、超级电容、导热塑料、消费电子散热片等。

未来，石墨烯粉体或将在这些领域以添加剂的形式与传统产品混合，结合石墨烯特殊的物理化学特性生产具备更多功能、更高性能的新产品。而石墨烯薄膜可以应用在导热膜上，发挥其优异的导热性能，用于智能手机、平板电脑等设备的散热层;或利用石墨烯的导电透光以及高度柔性，可以用来制作柔性显示屏、可穿戴设备等。

石墨烯巨大的比表面积以及优异的电子传输性能，使得传感器领域成为石墨烯薄膜的一大目标市场;此外，石墨烯对硅的替代有望带来半导体领域颠覆性的革命，成为下一代集成电路、超级计算机的基础材料。

八、未来石墨烯的应用前景在

光电领域、能源技术领域、功能复合材料领域、微电子器件领域、生物医药及传感器领域等五大领域。