中國石墨烯市場趨勢分析

-.z.石墨烯市場開展趨勢分析2021-02-1205:03:00來源：知乎宮非石墨烯，這個讓人又愛又恨的家伙，看起來像是高大上，實際上也不過是我們平日用的“鉛筆〞中的幾層而已。但由于熱與壓力的緣故，使得石墨烯在大自然無法自行生成，必須透過*些工藝來取得，這個難題這就它成為各國追捧的前沿材料。其實，進入石墨烯行業(yè)的門坎很低，每間高校的材料化學課題組都可以自行制備，但要做得好很困難，因為你根本不懂石墨烯怎么去運用在各種領域上。站在巨觀的角度，石墨烯已經(jīng)被證明有則多優(yōu)異的性質，在現(xiàn)今材料突破的方向開展絕對是正確的。但在微觀的角度來看，先前因為石墨烯制備困難，業(yè)者認為性價比太低沒有意愿參與，現(xiàn)在可以量產(chǎn)了，價格也很低，但卻遇到傳統(tǒng)氧化復原法的石墨烯物性差真正石墨烯太多。加上中國從2006年就有石墨烯公司成立到現(xiàn)在，很遺憾的多是停留在“只聞樓梯響〞的階段，前段時間還高談2021年是中國石墨烯產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)元年，但現(xiàn)在的情況還是令人失望。(見圖一.石墨烯八大物性。)第一局部我們來回憶中國石墨烯的開展道路。中國自2021年積極推動石墨烯產(chǎn)業(yè)，即便在2021年陸續(xù)成立了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，幾年過去了還是沒有太多令人驚艷的成果，讓我們不禁疑慮難道石墨烯不像我們聽到的則神奇了嗎.其實不然，只不過問題核心出在三個地方﹕第一，正由于制備氧化石墨烯進入門坎低所以充滿市面，但石墨烯氧化物為絕緣體，做導電、導熱材料效果勢必不佳﹔第二，目前臺面上的石墨烯公司的領導大多都是學者出身，往往都有其專業(yè)領域但非渠道出身，為取得石墨烯材料而參考Hummers法改進成可量產(chǎn)，但這通常制約其往其他不同領域深研的時機﹔第三，錯以為石墨烯為“超級材料〞加進去就有效，其實石墨烯不能黏附在各類材質上，必須以高分子復材方式進展，那就要先解決界面問題，要懂得依功能需要挑選不同基材后，石墨烯的組分也不同，加上石墨烯有600多種品項，一家公司只有氧化復原制備幾種石墨烯怎么可能符合各類型應用技術來。(見圖二.中國石墨烯產(chǎn)業(yè)化基地。)但吊詭的是99%的石墨烯廠家都采用氧化復原法，原因很簡單，就是可以量產(chǎn)使本錢大幅下降。我估算過如果在高校實驗室制備石墨烯為每克40元，石墨烯公司生產(chǎn)氧化石墨為1元的話，復原氧化物石墨烯大概不超過5元。但除了應用圍受限外，更嚴重的問題是廢酸處理本錢及后續(xù)影響環(huán)境未被計算進本錢，生物質石墨烯，靠譜嗎.。所以我才會一直呼吁那些成立很久的石墨烯公司如果不自廢武功重新來過，未來將不可能有時機改變現(xiàn)況的。這是石墨烯產(chǎn)業(yè)化無法突破的第一點。其次，千萬不要把石墨烯當成“超級材料〞，材料應用總是離不開各類機理的。加上石墨烯屬于增益材料，滲濾閾值通常很低就到達很好的效果，所以在機理后要以主材質的角度去思考。我們舉石墨烯導電油墨為例(片電阻10E0奧姆，比Vorbeck還高一個數(shù)量級，本錢為1╱5)，首先，要考慮涂布在何種基材.為了不脫落要選用甚么樹脂.樹脂與石墨烯的界面怎么解決.要參加那些成分以到達導電網(wǎng)絡與分散均勻.接著還要考慮石墨烯滲濾閾值多少才能超出現(xiàn)有市售規(guī)格.最后，終端本錢的性價比方何.傳統(tǒng)石墨烯公司的思維是亂槍打鳥，就免費送唄，總會被我蒙到幾個可以用的產(chǎn)品，但你只有一二種石墨烯材料，難怪到現(xiàn)在還一事無成。這是石墨烯產(chǎn)業(yè)化無法突破的第二點。最后，近年來中國各地政府大力支持石墨烯產(chǎn)業(yè)，從、、及形成幾個石墨烯部落，當?shù)卣踔良莱鲅a助方案，但是應用技術推廣失利的惡性循環(huán)下，大局部石墨烯公司不是經(jīng)營困難就是半歇業(yè)領補助。各位回想2021年3月發(fā)表的影馳手機現(xiàn)在在何處.那些石墨烯潤滑油、枕頭或體溫計，我們該到哪里才買得到。我只能說這些廠家不負責任，參加石墨烯不過提升個30~40%就急得發(fā)表，要不是有壓力，要不就是想制造話題，否則消費者根本不買單，壞的是讓民眾對石墨烯不再有憧憬了，那還高談闊論石墨烯產(chǎn)業(yè)元年將情何以堪.這是石墨烯產(chǎn)業(yè)化無法突破的第三點。我在這里歸納了造成石墨烯的亂象有三：第一點，有了石墨烯量產(chǎn)能力并不代表可以商品化。石墨烯生產(chǎn)工藝主流大致上分成兩個區(qū)塊，第一塊是以氧化復原法制備石墨烯粉末(含氧化石墨烯)，第二塊是以化學氣相沉積制備石墨烯薄膜。這兩個技術根本上與國外并無太大差異，石墨烯粉末都是同樣師法改進式Hummers法，這連一般高校化工、材料系的課題組都可以自己做出來。根本上大陸由于資源挹注較多，所以產(chǎn)能上比國外更大。但值得我們省思的是中國投入這么多的資源，結果卻是在全球石墨烯產(chǎn)業(yè)綜合開展實力排行僅是第三.中國石墨烯專利申請累積13，427件，遠高于第二名美國的4，429件，但我們又有哪些應用商品真正上市呢.第二點，為了追求量產(chǎn)的結果犧牲了石墨烯物性。中國石墨烯產(chǎn)業(yè)自2021年推動迄今為何一籌莫展.其原因有三在前面已經(jīng)說明了。難道，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)就沒有時機了嗎.最近有個時機與中科院*個研究所談到石墨烯潤滑油合作開發(fā)工程，他們采用機械剝離及電化學法自行制備石墨烯材料，據(jù)他們說每克本錢僅1元。這是好事，雖然機械剝離法一般在10~100微米之間，存在產(chǎn)率低和本錢高的缺乏，不能滿足工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)要求，但至少已經(jīng)往對的工藝方向去進展。其次，每天僅生產(chǎn)幾十公斤，這在中試前還不太有影響，但進入量產(chǎn)前就要先規(guī)劃好后續(xù)可行方案才行。第三點，開展中國結合渠道及政策的石墨烯旗艦方案才是王道。我們看到歐盟石墨烯旗艦方案講求打群架，反觀中國石墨烯各地產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟做的是搶食少數(shù)應用市場，分散資源各自為政，這才是我們最不愿意看到的現(xiàn)象。簡單地說，國家政策很明確是鼓勵石墨烯產(chǎn)業(yè)的，但只想靠政府補助卻不去思考如何整合石墨烯產(chǎn)業(yè)，終究會被市場淘汰的。他山之石可以攻錯，中國一定要以整個石墨烯平臺的概念去整合“政府-資金-渠道-技術-生產(chǎn)〞的模式才能突圍，這點我們會在后面再說明清楚。第二局部，我將厘清大家對石墨烯的幾點誤解。第一、石墨烯產(chǎn)業(yè)的開展還需要尋找石墨烯的真正應用，即那種“獨占式〞、能夠表達石墨烯優(yōu)勢的應用。答：錯。我一直鼓吹“機理為本、石墨烯為用〞。石墨烯無非是一種碳材料，跟碳纖維、碳納米管沒有本質的區(qū)別，關鍵是看用在哪里，只要性價比足夠好，市場足夠大，就是很好的應用。很多已經(jīng)成熟的應用，其實都沒有看上去則“高大上〞，譬如塑料、涂料及潤滑油這些接地氣的產(chǎn)品已經(jīng)可以先商品化了。(見圖三.石墨烯應用技術疇。)第二、石墨烯就是單層石墨，其它的都不是石墨烯。答：錯。石墨烯存在兩種形態(tài)—石墨烯薄膜和石墨烯粉體，我們發(fā)現(xiàn)不同的石墨烯制備技術可以適用在不同的應用技術。把單層石墨烯當作寶是不切實際的想法，記得前面舉過石墨烯導電油墨的例子，既然石墨烯導電性世界第一，干么不直接黏附在基材上就好，原因在石墨烯本身無法直接黏附在任何材質上(沉積法除外)，必須與高分子結合成復材形式才能不脫落。在這個例子還不能用單層石墨烯，倒不是本錢的問題，而是層與層如果沒有連成導電網(wǎng)絡就無法到達導電功能，參加過多石墨烯會使高分子變硬變脆，反而做不出好的導電油墨來。(見圖四.石墨烯應用技術與材料矩陣。)第三、石墨烯的主要挑戰(zhàn)是要同時滿足兩個條件：低本錢和高質量。答：錯。我們已經(jīng)開展五代的石墨烯都已經(jīng)到達每克1元以下本錢，經(jīng)*PS檢測含氧率僅0.1~0.5%，接近純石墨烯，其他表征數(shù)據(jù)也證明質量已經(jīng)到達高水平。那接下來的挑戰(zhàn)是甚么.其實在于喚醒中國大型公司對石墨烯的信心。過去三年我接觸許多上市公司，對于本錢及質量都很贊嘆，坦言對我說如果是幾年前馬上就投資合作，但過去受到石墨烯概念股的忽悠，還是要我們做出樣品再來討論。上個月我們才剛以普蘭特I型水泥完成28天齡試片，經(jīng)抗壓強度測試高于市售產(chǎn)品200%，反正真金不怕火煉，只要找到對的材料，加上我們有超過200種石墨烯材料組合，成功機率自然高過同業(yè)。(見圖五.石墨烯各類檢測表征。)第四、石墨烯不能一藥治百病，踏實做好研究才是關鍵。答：前面對、后面錯。石墨烯終究要結合各類機理來制備客制化石墨烯，才能到達預期的物性，所以我一直強調石墨烯不是超級材料，倒是可以用工業(yè)味精來形容它。我說后面錯并不是說踏實做好研究不對，而是在做好研究之前，先要清楚你終究要做甚么.那就是我說的「方向」?？碉w宇教授曾說：中國目前面臨著石墨烯研發(fā)仍然局限于高校和科研院所，雖然在石墨烯論文發(fā)表量上位居全球首位，但不少科研院所并不知道產(chǎn)業(yè)界到底要什么，科研和應用脫節(jié)問題突出。所以，做好研究(是方法)卻不能商轉是浪費國家資源的大事，千萬不要本末倒置。(見圖六.石墨烯生產(chǎn)工藝。)第五、中國在根底研究上的問題，主要是缺乏國家的引導，而企業(yè)不可能做這方面投入。答：錯。回到市場機制才是王道。國家政策很清楚，我這幾年接觸地方政府及上市公司的經(jīng)歷告訴我，地方政府招商當?shù)赝顿Y以促進稅收及就業(yè)，上市公司面臨企業(yè)轉型危機，大家都在等石墨烯能實現(xiàn)多贏局面，但幾年過去了，補助也給了，成果還是沒看到。所以溯本清源，石墨烯產(chǎn)業(yè)應「反求諸己」，先證明自己的技術可以取代現(xiàn)有市面產(chǎn)品，爭取上市公司合作回饋在當?shù)卦O廠，這才是負責任的態(tài)度。過去地方并不是沒有給優(yōu)惠政策，成果不好也可以歸咎材料不佳或想法錯誤，如今已經(jīng)有公司突破這些困境，我倒希望各地石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟能負起該盡的義務。當然還是有不少有識之士，能夠看到這個領域的開展規(guī)律，誰說企業(yè)不可能主導整個平臺呢(見圖七.石墨烯產(chǎn)業(yè)整體套路。)第六、石墨烯產(chǎn)業(yè)化應該做的不僅是高品質的材料，還有配套的應用解決方案.答：觀念是對的，但很少有廠商做得到。朱宏偉教授曾說：現(xiàn)在國的石墨烯應用，有些確實是在炒概念，真正做石墨烯的企業(yè)其實沒有幾家，很多都是原來做石墨等碳材料的企業(yè)，甚至完全不相關的企業(yè)打著石墨烯的旗號，或者炒作股票，或者爭取國家基金，真正做石墨烯并且真正能賺錢的企業(yè)屈指可數(shù)。好了，就算你跳出學界自行創(chuàng)業(yè)，但你只會用原先寫論文時的那套工藝，做的是學校后續(xù)研究的產(chǎn)業(yè)版，但殘酷的是生產(chǎn)追求“一致化〞，現(xiàn)實也是很殘酷的。更嚴重的是并不知道產(chǎn)業(yè)界到底要什么，科研和應用脫節(jié)問題突出。第七、石墨烯是不是一蹴可及的.答：這是一條漫長但值得投入的產(chǎn)業(yè)。Geim之前承受中國媒體采訪時就指出，許多已發(fā)表的石墨烯論文中，一半的研究會被廢棄掉。另一方面，許多專利，特別是產(chǎn)自大學的專利，其中90%并沒什么價值，99%的專利最終會作廢，維護這些專利也會花很多費用，很多人為此在浪費生命。我們認為物盡其用，學界的優(yōu)勢在不斷實驗找出藏在背后的機理，產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢是嗅出可以取代現(xiàn)有技術的缺口，雖然有些像平安及生命的技術需要認證期較長，我們卻可以先進展一些門坎低、驗證期短的產(chǎn)品先導入市場。第八、2021年是否可以看作是石墨烯商業(yè)化的元年.答：我不認同，因為還是沒有令人驚艷的成果。2021年對整個石墨烯行業(yè)來說，已可以用轟轟烈烈來形容，很多人認為可以看作是石墨烯商業(yè)化的元年。但是，在喧鬧的背后，不能不正視的事實是，現(xiàn)有的商業(yè)應用依然是對現(xiàn)有材料有限的改進，而并沒有質的提升，由于石墨烯概念受到資本市場的追捧，產(chǎn)業(yè)化開展迅速，但炒作的現(xiàn)象還是跟印象中的石墨烯概念股一樣，讓民眾又再次失望了。第九、難道采用氧化復原法石墨烯的廠商就沒有救了嗎.答：錯。制造氧化復原石墨烯的設備以簡單的反響釜設備和超聲波設備為主，但是這樣的方法做出來的石墨烯，強烈的氧化過程會造成石墨烯構造的大量缺陷，這些缺陷導致石墨烯導電導熱性能的大幅度下降。另外氧化石墨烯即使經(jīng)過復原，石墨的片層構造的缺陷不能被修復，石墨烯片層上會含有大量的含氧官能團(5-15%)。這種方法所生產(chǎn)的石墨烯，缺點是氧化復原的操作過程過程復雜繁瑣，廢酸廢水產(chǎn)生量太大，污染嚴重不容回避。氧化復原法生產(chǎn)1克石墨烯會產(chǎn)生200克以上廢酸，甚至回收廢酸的本錢比原料還要高，加上適用圍有限，只有自廢武功重來才有時機。中國的產(chǎn)業(yè)化走在世界的前面，不好的方面，是根底研究沒有跟上，國外比擬注重根底研究，并不急于商業(yè)化，再過三五年，開展勢頭就會放緩，歐洲的優(yōu)勢就會表達出來。如果已經(jīng)到達那個地步，中國業(yè)者接著要怎么辦呢.我們愿意做領頭羊，透過各地建置石墨烯產(chǎn)業(yè)園模式把石墨烯材料組合釋放出來，只要大家捐棄成見，形成共識，誰說企業(yè)不可能做這方面投入。第十、給中國石墨烯產(chǎn)業(yè)化的建議為何.答：我認為要找資金不難，找到愿意合作開發(fā)的出比擬難，原因多半因這些大公司擔憂技術外泄給競爭對手，情愿自己買來蠻干，但隔行如隔山，石墨烯技術涉及太多不同領域，即使售價已經(jīng)降到每克3元，這