常州市武進(jìn)區(qū)石墨烯材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑研究

常州市武進(jìn)區(qū)石墨烯材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑研究何大方，張銘，史小軍*，高巖，徐袁

(1.常州大學(xué)，江蘇常州213164；2.江南石墨烯研究院，江蘇常州213149；3.常州市生產(chǎn)力發(fā)展中心，江蘇，常州213131)

0引言

石墨烯是由1個(gè)碳原子與周圍3個(gè)近鄰碳原子結(jié)合形成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)碳原子單層。單層石墨烯的厚度僅為0.35nm，是目前已知最輕最薄的材料。它在室溫下的電子遷移率為2×105cm2/(V·s)，是光速的1/300，理論比表面積能夠達(dá)到2630m2/g，全波段光吸收只有2.3%，導(dǎo)熱率高達(dá)5300W/(m·K)，楊氏模量超過1100GPa，抗拉強(qiáng)度超過130GPa，且韌性非常好，在光、電、熱、力等方面性能卓越，被譽(yù)為“材料之最”和“材料之王”[1]。2022年，石墨烯的發(fā)現(xiàn)使安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫榮獲當(dāng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。因其優(yōu)異性能，石墨烯有望在新能源、新材料(化工、結(jié)構(gòu)、功能等)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、電力電氣、穿戴電子、醫(yī)療衛(wèi)生、節(jié)能環(huán)保、海洋工程、航空航天、軍工等傳統(tǒng)領(lǐng)域和新興領(lǐng)域帶來革命性的技術(shù)變革，成為下一個(gè)萬億級(jí)新興產(chǎn)業(yè)[2-3]。

1國內(nèi)外石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

世界各國皆將石墨烯提高到空前的戰(zhàn)略高度，投入大量人力、物力和財(cái)力搶占這一未來產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。目前全球有80多個(gè)國家和地區(qū)開展了石墨烯相關(guān)研究，紛紛出臺(tái)了產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、扶持政策、戰(zhàn)略布局，并給予大量資金支持。中國、美國、歐盟、英國、日本、韓國先后從國家層面開展戰(zhàn)略部署，出臺(tái)多項(xiàng)扶持政策和研究計(jì)劃，處于石墨烯技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化前列。

1.1國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國高度重視石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，綜合發(fā)展水平走在世界前列。截至2022年5月，在全國工商系統(tǒng)注冊(cè)的帶有石墨烯經(jīng)營范圍的企業(yè)多達(dá)58079家，涉及石墨烯材料制備、應(yīng)用開發(fā)、終端應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)服務(wù)等各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)際開展石墨烯業(yè)務(wù)的企業(yè)超過3000家，其中，材料制備領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)300多家，應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)超過1000家。從石墨烯粉體的規(guī)?；a(chǎn)能力來看，粉體材料的年產(chǎn)能達(dá)到5100t，CVD薄膜年產(chǎn)能達(dá)650萬平方米，國外產(chǎn)能加到一起也沒中國多。從下游應(yīng)用來看，我國的石墨烯已經(jīng)初步形成了以新能源、涂料、大健康、節(jié)能環(huán)保、化工新材料、電子信息和生物醫(yī)療為主的七大產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域。2022年，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到100億元，較2022年的6億元實(shí)現(xiàn)年均增長超過100%；2022全年石墨烯市場規(guī)模達(dá)到135億元左右。預(yù)計(jì)2022年，石墨烯市場規(guī)?？蛇_(dá)150億元，2025年有望達(dá)到1000億元，成為全球最大的石墨烯消費(fèi)國家。

我國已經(jīng)基本形成以長三角、珠三角和京津冀魯區(qū)域?yàn)榫酆蠀^(qū)，多地分布式發(fā)展的石墨烯產(chǎn)業(yè)格局，江蘇、浙江、北京、廣東等省市建立了近40家石墨烯產(chǎn)業(yè)園、石墨烯創(chuàng)新中心和石墨烯生產(chǎn)基地，其中部分產(chǎn)業(yè)園已形成較完整的產(chǎn)業(yè)鏈，基本覆蓋了從制備及應(yīng)用研究到石墨烯產(chǎn)品生產(chǎn)，直至下游應(yīng)用的全環(huán)節(jié)，常州、寧波、深圳、北京等城市走在全國前列。

1.2國外石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

(1)美國。美國早在2022年就開始在國家層面開展石墨烯相關(guān)研究，重點(diǎn)支持石墨烯晶體管、能量存儲(chǔ)、超級(jí)電容器、生物技術(shù)等領(lǐng)域。當(dāng)前，美國石墨烯產(chǎn)業(yè)布局呈現(xiàn)多元化，并且產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)完整，基本覆蓋了從制備到應(yīng)用研究、產(chǎn)品、下游應(yīng)用的整個(gè)環(huán)節(jié)，科研院所與企業(yè)關(guān)系較為密切，科技成果轉(zhuǎn)化速率也更快。美國涉及石墨烯的企業(yè)不僅有諸如IBM、英特爾、波音、福特等研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁的大型企業(yè)，還有像美國納米技術(shù)儀器公司、沃爾貝克公司等以石墨烯為核心業(yè)務(wù)的中小型企業(yè)，他們對(duì)美國的石墨烯技術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。同時(shí)，美國是當(dāng)前全球石墨烯領(lǐng)域唯一有軍隊(duì)、國防部高程度支持研發(fā)與推廣的國家，其能源部、國防部、空軍科研辦公室、太空總署等多次出臺(tái)政策與資金支持石墨烯研究。

(2)歐盟。歐盟的石墨烯研究起步早且系統(tǒng)性強(qiáng)，并將石墨烯研究提升到戰(zhàn)略高度，資金支持力度大，基礎(chǔ)研究扎實(shí)。但是，由于涉及下游應(yīng)用的企業(yè)較少，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程推進(jìn)較慢。歐盟自2022年將石墨烯列為“未來新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目”之一，計(jì)劃10年內(nèi)提供10億歐元資助，旨在把石墨烯和其他二維材料從實(shí)驗(yàn)室推向社會(huì)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)革命和經(jīng)濟(jì)增長。項(xiàng)目參與的企業(yè)主要包括空客、菲亞特-克萊斯勒汽車、漢莎技術(shù)公司、西門子和ABB等，重點(diǎn)支持石墨烯在5G、射頻識(shí)別、可穿戴柔性電源、化學(xué)傳感器、太陽能發(fā)電、高能電池、水過濾、遙感、生物傳感器、骨骼修復(fù)、大尺寸半導(dǎo)體等領(lǐng)域的應(yīng)用。

(3)英國。作為石墨烯的“誕生地”，英國在石墨烯的基礎(chǔ)研發(fā)方面居于全球領(lǐng)先地位，但從事商業(yè)開發(fā)的石墨烯企業(yè)較少。為加快英國石墨烯產(chǎn)業(yè)的研發(fā)及應(yīng)用，英國政府也投入巨資加快石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，主要圍繞曼徹斯特大學(xué)進(jìn)行，先后在曼徹斯特大學(xué)成立了國家石墨烯研究院及石墨烯工程創(chuàng)新中心，以加速石墨烯的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用開發(fā)。目前，該創(chuàng)新中心已經(jīng)建成并投入使用，與FirstGrapheneLtd、Haydale石墨烯工業(yè)公司、Versarienplc公司建立合作，以開發(fā)石墨烯及其應(yīng)用產(chǎn)品。此外劍橋石墨烯研究中心同曼大國家石墨烯研究院一樣是英國石墨烯協(xié)同創(chuàng)新組織的一部分，定位是工程創(chuàng)新中心，主要任務(wù)是橋接學(xué)界和工業(yè)界，推動(dòng)石墨烯及2D材料的產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)應(yīng)用科研成果的市場化進(jìn)程，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)2D材料相關(guān)的應(yīng)用。

(4)韓國。韓國石墨烯產(chǎn)業(yè)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合緊密，在基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)展較為均衡，整體發(fā)展速度較快。政府層面，韓國政府通過資金支持、整合研究力量等多方面加大支持力度；研究層面，韓國成均館大學(xué)、韓國科學(xué)技術(shù)院等均在石墨烯研究方面擁有較強(qiáng)的實(shí)力；企業(yè)層面，主要以韓國三星集團(tuán)和LG公司為主，投入了巨大研發(fā)力量保證石墨烯應(yīng)用于柔性顯示、觸摸屏以及芯片領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。

(5)日本。日本依托良好的碳材料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，是全球最先進(jìn)行石墨烯研究的國家之一，整體發(fā)展較為全面。包括日本東北大學(xué)、東京大學(xué)、名古屋大學(xué)等在內(nèi)的多所大學(xué)，以及日立、索尼、東芝等眾多企業(yè)都投入大量資金和人力從事石墨烯的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用開發(fā)，研究重點(diǎn)主要集中在石墨烯薄膜、新能源電池、半導(dǎo)體、復(fù)合材料和導(dǎo)電材料等領(lǐng)域。

2常州市武進(jìn)區(qū)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1發(fā)展起步早

武進(jìn)是全國最早提出發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)的地區(qū)，2022年成立江南石墨烯研究院，是全球首個(gè)石墨烯應(yīng)用開發(fā)和研究機(jī)構(gòu)；2022年，常州二維碳素就率先發(fā)布了全球首款石墨烯電容式觸摸屏；2022年，常州二維碳素建成了全球首條3萬平方米石墨烯透明導(dǎo)電薄膜生產(chǎn)線，常州第六元素建成了全球首條年產(chǎn)100t氧化石墨烯/石墨烯粉體生產(chǎn)線;2022—2022年，第六元素和二維碳素先后登陸新三板，成為全國最早一批石墨烯上市企業(yè);2022年常州石墨烯科技產(chǎn)業(yè)園獲批全國唯一的國家石墨烯高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地;2022年西太湖獲批建設(shè)全國首個(gè)石墨烯特色小鎮(zhèn);2022年，江南石墨烯研究院作為集群發(fā)展促進(jìn)機(jī)構(gòu)申報(bào)的常州新型碳材料先進(jìn)制造業(yè)集群入圍國家隊(duì)。

2.2培育企業(yè)多

武進(jìn)以西太湖為核心陣地，累計(jì)集聚石墨烯相關(guān)企業(yè)160多家，已完成了從研發(fā)設(shè)計(jì)到應(yīng)用生產(chǎn)的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，并涌現(xiàn)出了一批領(lǐng)軍企業(yè)，如石墨烯粉體領(lǐng)軍企業(yè)——第六元素，石墨烯薄膜領(lǐng)軍企業(yè)——二維碳素，石墨烯散熱膜領(lǐng)軍企業(yè)——富烯科技，石墨烯發(fā)熱膜領(lǐng)軍企業(yè)——二維暖烯，石墨烯屏蔽材料領(lǐng)軍企業(yè)——中超石墨烯，武進(jìn)區(qū)石墨烯領(lǐng)軍企業(yè)占江蘇省的80%。

2.3創(chuàng)新成果多

武進(jìn)形成原創(chuàng)性石墨烯產(chǎn)品150余種，其中14項(xiàng)成果獲得全球合作和全國首創(chuàng)，比如全球首款手機(jī)石墨烯散熱膜、全球首款石墨烯重防腐涂料等。一批石墨烯示范應(yīng)用引發(fā)廣泛關(guān)注：富烯股份的石墨烯散熱膜成功應(yīng)用于華為手機(jī)，并獲華為哈勃投資，引起行業(yè)轟動(dòng)；碳索科技的石墨烯粉末涂料成功進(jìn)入中國鐵路，成為全國唯一的鐵路用石墨烯粉末涂料供應(yīng)商；杉元科技石墨烯導(dǎo)電劑已小批量交付比亞迪，將開啟石墨烯改性電池新篇章。此外，石墨烯高端光柵、石墨烯發(fā)泡EPS、石墨烯改性纖維、石墨烯屏蔽材料、石墨烯發(fā)熱系列產(chǎn)品等應(yīng)用均展現(xiàn)出廣闊的市場前景。

3武進(jìn)區(qū)石墨烯材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

3.1創(chuàng)新能力薄弱

武進(jìn)區(qū)利用先發(fā)優(yōu)勢，成功引進(jìn)了瞿研、董國材等一批石墨烯領(lǐng)域的高層次創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)落戶，但是隨著北京、上海、深圳等更多地區(qū)開始重視石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，強(qiáng)化對(duì)石墨烯項(xiàng)目和人才的落戶支持后，武進(jìn)區(qū)的比較優(yōu)勢明顯不足，對(duì)石墨烯高端人才團(tuán)隊(duì)的吸引力和支撐力也受到挑戰(zhàn)。武進(jìn)區(qū)石墨烯的企業(yè)主要以小微創(chuàng)業(yè)企業(yè)為主，以生存為目標(biāo)，更多專注于市場開拓，實(shí)現(xiàn)盈利的企業(yè)不多，企業(yè)難以從產(chǎn)品和市場積累資金，影響企業(yè)發(fā)展壯大，難以集聚高端人才和研發(fā)資源，技術(shù)攻關(guān)能力明顯不足。武進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)的自身創(chuàng)新能力比較有限，雖然一些高校和產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新平臺(tái)開展石墨烯的應(yīng)用開發(fā)，但是支撐石墨烯創(chuàng)新研發(fā)的動(dòng)力薄弱。

3.2企業(yè)發(fā)展質(zhì)量不高

武進(jìn)石墨烯企業(yè)以初創(chuàng)期的中小微企業(yè)為主，受到人才、資金、市場及疫情影響，企業(yè)發(fā)展緩慢。特別是2022年以后，新企業(yè)增量有限，成長起來的企業(yè)比較少，對(duì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和品牌提升作用不大。在市場方面，石墨烯產(chǎn)品的推廣難，市場開拓總體比較困難，主要是由于石墨烯的產(chǎn)品比較優(yōu)勢不突出，性能雖然有一定優(yōu)勢，但是價(jià)格較高，整合性價(jià)比沒有優(yōu)勢；石墨烯行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)滯后，導(dǎo)致石墨烯產(chǎn)品無法大規(guī)模推廣；行業(yè)固有利益難以打破，一些石墨烯產(chǎn)品性能突出，但是很多大型企業(yè)求穩(wěn)，不愿意使用新材料、新技術(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)品推廣困難。

3.3項(xiàng)目有效投入偏低

早期資本市場石墨烯是“網(wǎng)紅”，處于講故事的階段，只要有項(xiàng)目就不缺資本投資，投資價(jià)格更是賣方市場。但是隨著石墨烯光環(huán)退卻，資本市場回歸理性，尤其是前幾年獲得投資的石墨烯項(xiàng)目發(fā)展達(dá)不到預(yù)期，投資方遲遲看不到回報(bào)預(yù)期，對(duì)石墨烯的懷疑態(tài)度在資本界蔓延。此外，很多上市公司只是通過參股或控股參與石墨烯產(chǎn)業(yè)，并未作為主營業(yè)務(wù)有實(shí)質(zhì)性投入。然而，國外涉足石墨烯的都是三星、IBM、英特爾、巴斯夫等行業(yè)巨頭，研發(fā)投入巨大，布局高端和前沿的領(lǐng)域，如可穿戴技術(shù)、半導(dǎo)體、生物醫(yī)藥等。

3.4政策支撐含金量低

與國內(nèi)的先進(jìn)地區(qū)相比，武進(jìn)碳材料產(chǎn)業(yè)支持政策的力度偏低，2022年、2022年和2022年以區(qū)政府名義連續(xù)出臺(tái)3輪碳材料專項(xiàng)政策，具體由西太湖組織項(xiàng)目和兌現(xiàn)獎(jiǎng)勵(lì)。對(duì)于碳材料企業(yè)引進(jìn)的專業(yè)技術(shù)人員，生活費(fèi)補(bǔ)貼和購房補(bǔ)貼等較低，政策兌現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜，即人才不僅要滿足學(xué)校等級(jí)的要求，也要滿足專業(yè)的要求，更要所學(xué)專業(yè)和在企業(yè)所從事工作保持一致。西太湖受到環(huán)保、節(jié)能、安監(jiān)、土地等環(huán)節(jié)的制約，對(duì)于碳材料項(xiàng)目落地確實(shí)存在限制條件，在具體項(xiàng)目評(píng)審中，管理部門會(huì)有一刀切的情況。

3.5頂層設(shè)計(jì)機(jī)制欠缺

區(qū)級(jí)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組統(tǒng)籌推進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的力度不足，在工作理念方面，全區(qū)行政服務(wù)思維包容心態(tài)不夠。石墨烯是新興產(chǎn)業(yè)，不能偏重于苛求項(xiàng)目的銷售和稅收，而要看成長性和發(fā)展?jié)摿Α?022年武進(jìn)區(qū)提出了打造“一核多區(qū)”的先進(jìn)碳材料產(chǎn)業(yè)布局，以西太湖為核心，全區(qū)多地發(fā)展先進(jìn)碳材料產(chǎn)業(yè)的格局，但是實(shí)際中區(qū)級(jí)層面還沒有結(jié)合全區(qū)其他版塊不同產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)做與碳材料發(fā)展的統(tǒng)籌和推進(jìn)工作，也沒有關(guān)注和研究建立同一企業(yè)在不同區(qū)域內(nèi)分公司的利益及稅收分享分配機(jī)制，全區(qū)先進(jìn)碳材料的統(tǒng)籌布局和系統(tǒng)性思維還不充分。

4武進(jìn)區(qū)石墨烯材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)策與建議

4.1提升產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力

加強(qiáng)與英國、美國、歐盟等國家和地區(qū)的交流合作，積極吸引英國曼徹斯特大學(xué)、英國石墨烯工程技術(shù)中心等知名高校和機(jī)構(gòu)到常州設(shè)立技術(shù)轉(zhuǎn)移中心、研發(fā)分支機(jī)構(gòu)及實(shí)施創(chuàng)新成果。加強(qiáng)與國內(nèi)發(fā)達(dá)地區(qū)合作，重點(diǎn)與北京石墨烯技術(shù)研究院、寧波石墨烯創(chuàng)新中心等合作聯(lián)動(dòng)，承擔(dān)國家石墨烯創(chuàng)新中心的分中心和產(chǎn)業(yè)化基地等任務(wù)，匯聚一批優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新資源。加強(qiáng)與長三角地區(qū)的南京工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等高校院所的交流合作，圍繞學(xué)校碳材料優(yōu)勢領(lǐng)域和領(lǐng)軍團(tuán)隊(duì)，爭取在武進(jìn)區(qū)建設(shè)碳材料研發(fā)中心。

鼓勵(lì)企業(yè)建設(shè)研發(fā)機(jī)構(gòu)，支持石墨烯企業(yè)創(chuàng)建國家級(jí)和省市級(jí)重點(diǎn)研發(fā)平臺(tái)，重點(diǎn)推動(dòng)第六元素、富烯科技等企業(yè)建設(shè)省級(jí)企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)，推動(dòng)富烯科技、第六元素等企業(yè)與江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院合作建設(shè)企業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新中心。強(qiáng)化武石墨烯企業(yè)與江蘇省石墨烯創(chuàng)新中心、常州大學(xué)碳材料研究院等本地機(jī)構(gòu)深化合作，提升企業(yè)的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新水平。建立共性技術(shù)難題揭榜制度，深化與常州大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校的交流合作，推動(dòng)高校專家團(tuán)隊(duì)與武進(jìn)石墨烯企業(yè)開展深度合作，解決企業(yè)技術(shù)難題，推動(dòng)技術(shù)成果落地。發(fā)揮好江南石墨烯研究院、江蘇省石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟等平臺(tái)作用，組織各類活動(dòng)，促進(jìn)技術(shù)交流，提升企業(yè)的應(yīng)用開發(fā)水平。

4.2招培聯(lián)動(dòng)培育企業(yè)

圍繞石墨烯熱管理、石墨烯大健康、石墨烯新能源等技術(shù)成熟度較高、市場應(yīng)用規(guī)模較大的方向，積極招引上市公司、行業(yè)龍頭企業(yè)的重大產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，迅速做大石墨烯產(chǎn)業(yè)的整體規(guī)模。進(jìn)一步招引石墨烯在半導(dǎo)體、傳感器、生物醫(yī)藥、航空航天、軌道交通等領(lǐng)域的應(yīng)用項(xiàng)目，拓展石墨烯高端應(yīng)用。加強(qiáng)龍頭培育，要明確培育重點(diǎn)，建立重點(diǎn)企業(yè)培育庫，為第六元素、富烯科技等重點(diǎn)企業(yè)提供專項(xiàng)服務(wù)，解決企業(yè)發(fā)展的突出問題。建立企業(yè)梯度培養(yǎng)計(jì)劃，打造科技型中小微企業(yè)、規(guī)上企業(yè)、高新技術(shù)企業(yè)、專精特新企業(yè)、行業(yè)單打冠軍、上市(后備)企業(yè)的培育梯隊(duì)。要加強(qiáng)上市培育，建立上市后備企業(yè)培育庫，推動(dòng)上市輔導(dǎo)和企業(yè)股改，對(duì)第六元素、富烯科技等已準(zhǔn)備上市企業(yè)要強(qiáng)化輔導(dǎo)和跟蹤，協(xié)助企業(yè)解決上市問題。

4.3優(yōu)化完善支持政策

制定和完善新一輪石墨烯項(xiàng)目招商專項(xiàng)政策