一、石墨烯的應用現(xiàn)狀

　　石墨烯是一種具有優(yōu)異力學、熱學和電學性能的新型碳材料。石墨烯材料的研發(fā)涉及國家高新技術(shù)材料的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)涉及新材料、能源、環(huán)境、航空航天、國防等領(lǐng)域，對國家的發(fā)展起著重要作用，因此，各國政府積極支持石墨烯研發(fā)：歐洲聯(lián)盟2013年啟動投資10億歐元的石墨烯旗艦計劃;韓國和英國分別投入3.5億美元、5 000萬英鎊進行商業(yè)化計劃;中國在《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)化》中，將石墨烯作為優(yōu)先發(fā)展的前沿新材料之一。

　　石墨烯原材料的規(guī)?；苽涫菢?gòu)筑石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)，對開發(fā)下游產(chǎn)品有著根本性的作用，對石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起著承上啟下的作用。石墨烯行業(yè)近幾年呈井噴式發(fā)展態(tài)勢，企業(yè)和產(chǎn)品已經(jīng)如雨后春筍般大量出現(xiàn)。其中涉足石墨烯下游應用的企業(yè)逐漸增多，包括電子領(lǐng)域的高性能芯片、LED、柔性顯示屏;能源領(lǐng)域的靜電噴漆系統(tǒng)、高性能電池、超級電容器、太陽能電池;航空航天、海洋領(lǐng)域的防護涂料、復合材料、電磁屏蔽材料、隱型材料;環(huán)境領(lǐng)域的污水處理、海水淡化、大氣污染治理;高強度橡膠、塑料，醫(yī)藥領(lǐng)域的藥物輸送、臨床檢測等。

　　自2010年石墨烯發(fā)現(xiàn)者獲得諾貝爾物理學獎后已有4年時間，石墨烯規(guī)?；苽涞募夹g(shù)瓶頸已逐漸突破，限制石墨烯行業(yè)發(fā)展的不再是石墨烯的規(guī)模性制備，而是如何讓制備的石墨烯滿足不同應用領(lǐng)域的需求，如何使石墨烯的高性能如高導電性、高導熱性、高透光性在應用領(lǐng)域充分發(fā)揮。這是目前從事石墨烯材料的研究機構(gòu)和企業(yè)共同面臨一個關(guān)鍵性技術(shù)問題，同時也是石墨烯行業(yè)未來2～3年內(nèi)需要突破的關(guān)鍵性瓶頸。

　　目前，國內(nèi)各石墨烯相關(guān)企業(yè)紛紛在自身技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，開展石墨烯的下游應用，涉及的領(lǐng)域主要集中在鋰電池、超級電容器、柔性顯示屏、防護涂料、污水處理等幾個方面。在這些應用領(lǐng)域中，水污染處理、功能性涂料、鋰離子電池3方面的研究最多，也是目前石墨烯應用中較為成熟的領(lǐng)域。

　　1、水污染處理

　　相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國 600 多個城市都不同程度面臨著水源地突發(fā)污染事件的威脅，存在水源地安全隱患。近期不斷發(fā)生的重金屬污染突發(fā)事件，如 2005 年珠江支流北江鎘污染事故、2006 年湖南岳陽砷污染事件、2010 年福建紫金礦業(yè)重大污染事件、2011年匈牙利鋁廠毒泥漿對多瑙河的污染、2012 年廣西河池市鎘污染事件，對應對突發(fā)性環(huán)境污染事件，有效徹底防治重金屬對環(huán)境的污染提出了更高的標準。

　　2012 年初，石墨烯材料諾貝爾獎得主Geim教授研究發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯薄膜可屏蔽除水之外所有其他分子，由此發(fā)現(xiàn)石墨烯可望用于制備過濾器材料，從而在海水凈化、污水處理等方面有極大應用前景。2013 年初，洛克希德˙馬丁公司投資1 500萬美元開發(fā)用于海水淡化的石墨烯技術(shù)。石墨烯包覆沙礫可組裝成過濾材料，其對汞的去除能力比其他吸附劑高5倍，石墨烯-磁性鐵納米粒子復合物用于從水中分離砷。因此，石墨烯有望在許多領(lǐng)域取代現(xiàn)有的碳吸附材料，成為 21 世紀最優(yōu)秀的環(huán)境材料之一，在工業(yè)廢水的治理、地表(飲用)水凈化、貴金屬冶煉與回收等方面得到廣泛應用。

　　濟寧利特納米技術(shù)有限責任公司(以下簡稱“濟寧利特納米”)開發(fā)的水污染治理中處理重金屬的產(chǎn)品具有以下3方面的優(yōu)勢。

　?、傩阅軆?yōu)勢：對鉛的吸附容量可達 1080 mg/g，是常規(guī)碳材料的7倍之多，吸附后重金屬離子濃度可低至ppb級;②再生性能優(yōu)勢：吸附劑可重復使用50 次以上;③價格優(yōu)勢:開發(fā)的石墨烯吸附劑成本比離子交換纖維價格低，和部分鰲合樹脂相當，但吸附容量是螯合樹脂的2 倍以上。

　　2、石墨烯-功能性涂料

　　涂料是海洋船舶最主要的防腐防污手段，為了提高涂料的防腐性能，可在防腐涂料中加入具有鱗片狀結(jié)構(gòu)的云母粉或具有納米結(jié)構(gòu)的二氧化硅等填料，增強涂層的致密性，降低防腐涂層的滲透性能。但這些結(jié)構(gòu)僅能提供物理防腐，達不到理想的防腐效果。為了提高涂料的防污性能，需在防腐漆中滲入對生物有毒的物質(zhì)，這些物質(zhì)會在船舶行駛過程中釋放殺蟲劑，對環(huán)境造成一定污染。因此，開發(fā)新型兼?zhèn)浞栏头牢坌Ч姆牢鄯栏苛铣蔀榇捌岚l(fā)展中一個關(guān)鍵性科學技術(shù)問題。

　　石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的二維片層結(jié)構(gòu)的新材料，具有優(yōu)異的導電性能(電阻率為10-6Ω/cm)、高的徑厚比(>200)以及薄的片層結(jié)構(gòu)(<1nm)，應用于防腐涂料中可發(fā)揮物理防腐和化學防腐2種優(yōu)勢，大大提高涂料的防腐性能。同時石墨烯還被證明具有抗菌性能，加入到防腐涂料中提高涂料的防污性能。

　　現(xiàn)在很多科研工作者都開始研究石墨烯在腐蝕方面的應用，一系列的研究成果表明石墨烯在腐蝕防護方面有很大的潛力。研究表明用1%(質(zhì)量分數(shù))的石墨烯代替50%(質(zhì)量分數(shù))的鋅粉，可達到富鋅環(huán)氧涂料相同的防腐蝕效果，同時還可以提高防腐蝕時間，另外，每噸涂料可以便宜1 000多元。用石墨烯制備的涂料涂覆在金屬銅、鎳表面，相比于裸銅，腐蝕速率減慢7倍，鎳的腐蝕速率慢4倍，充分證明石墨烯在保護金屬腐蝕方面巨大的潛力。同時，石墨烯的抑菌性被2010年美國科學家Akhavan等所報道，隨后有關(guān)石墨烯抑菌性的研究便逐步開始。石墨烯與細菌直接接觸時，石墨烯就像納米級無比鋒利的刀片直接通過機械損傷來破壞細菌膜結(jié)構(gòu);另一方面，由于石墨烯優(yōu)良的電子傳輸特性使得石墨烯能夠輕易改變細菌膜表面的電位，從而引起膜表面細胞呼吸、電子傳輸，信號傳輸?shù)裙δ芑靵y，導致細菌體內(nèi)生化異常以致死亡。

　　3、石墨烯-鋰離子電池

　　鋰離子電池由于具有輸出電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長、安全性能優(yōu)越、無記憶效應等優(yōu)點，被廣泛應用于便攜式電子產(chǎn)品和通訊工具中，在這些應用中，除要求其具有大的比容量外，大倍率下的充放電性能也是極其重要的技術(shù)指標，為保持電池循環(huán)過程中良好的大倍率充放電特性和較長的使用壽命，需在電極中加入導電劑，以填補電極材料在嵌入、脫出鋰過程中產(chǎn)生的空隙，保持電極穩(wěn)定的導電性，但現(xiàn)有技術(shù)的導電劑，如導電碳黑或?qū)щ娛?，不能從根本上解決正極材料導電性能差的問題。

　　石墨烯作為一種新型的碳質(zhì)材料，其碳原子最外層電子通過sp2雜化形成大π鍵，存在大量可以自由移動的電子，是一種優(yōu)良的導電劑，以石墨烯為導電劑添加到鋰離子電池正極材料中，可以在正極材料中形成一個體積電阻率很小的導電網(wǎng)絡(luò)，明顯改善正極材料的導電性能，顯著提高電池的充放電效率和循環(huán)壽命。

　　二、石墨烯產(chǎn)業(yè)狀況

　　1、國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)狀況

　　作為世界高技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略制高點，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展引起世界各國的高度關(guān)注。歐盟于2013年將石墨烯列入“未來新興旗艦技術(shù)項目”，在10年內(nèi)資助10億歐元用于研發(fā);2011年，英國政府在《促進增長的創(chuàng)新與發(fā)展戰(zhàn)略》中把石墨烯作為國家今后4個重點發(fā)展方向之一，投入5 000萬英鎊支持石墨烯研發(fā)和商業(yè)化應用研究;韓國政府投入研發(fā)費用14億美元，把石墨烯材料及產(chǎn)品定為未來革新產(chǎn)業(yè)之一，2013年，韓國產(chǎn)業(yè)通商資源部宣布在未來6年內(nèi)，投入4 230萬美元，幫助企業(yè)實現(xiàn)石墨烯的應用產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)商業(yè)化。英國、韓國均把石墨烯作為國家的重點發(fā)展方向和未來革新產(chǎn)業(yè)，投入大量研發(fā)費用。2014年，中國“863”項目指南專門支持石墨烯項目;國家領(lǐng)導人批復發(fā)展和改革委員會和國家科技部進行相關(guān)的調(diào)研，準備出臺相關(guān)發(fā)展政策。

　　2013年，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟和山東省石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟相繼成立。2011年，江蘇常州市投資5000萬，成立江南石墨烯科技產(chǎn)業(yè)園。寧波市2013年拿出9000萬專項基金，用于石墨烯的產(chǎn)業(yè)化扶持。青島、濟寧等地的石墨烯產(chǎn)業(yè)園、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟及創(chuàng)新基地紛紛成立，積極推動石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。據(jù)業(yè)界專家預計，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達萬億元。

　　各地政府對石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展表現(xiàn)出極大的熱情。寧波市設(shè)立了“石墨烯產(chǎn)業(yè)化應用開發(fā)”專項資金，每年安排3000萬元，3年共9000萬元，用于支持“石墨烯產(chǎn)業(yè)化應用開發(fā)”實施單位的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)和試制推廣。無錫市也提供了2億元的資金扶持，并出臺了《無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》，用以支持石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。青島市高新區(qū)、濟寧市化工園區(qū)也相繼出臺了支持發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃綱要。

　　2014年9月1-3日，在寧波召開的2014中國國際石墨烯創(chuàng)新大會，吸引了國內(nèi)外眾多高校、科研院所、企業(yè)的積極參與，引發(fā)又一輪的石墨烯研發(fā)應用熱潮。

　　2、山東省產(chǎn)業(yè)狀況

　　早在2010年夏，濟寧利特納米在山東省科技廳、濟寧市科技局和濟寧市高新區(qū)的大力支持下，結(jié)合國外留學人員技術(shù)和資源優(yōu)勢，籌劃發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)化項目，成為國內(nèi)涉足石墨烯行業(yè)最早的單位。2013年，利特納米的氧化石墨烯重金屬治理項目獲得科技部國際合作基金的支持;2013年12月，在山東省科技廳大力支持和幫助下，濟寧利特納米牽頭、聯(lián)合山東省內(nèi)的石墨烯產(chǎn)業(yè)化的主要產(chǎn)學研單位以及上下游企業(yè)，共同發(fā)起成立“山東省石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，由山東大學、青島大學、濟寧利特納米、濟南墨希新材料科技有限公司、山東企鵝塑料集團有限公司、濟寧市無界科技有限公司、山東大展納米材料有限公司等大學和企業(yè)組成的創(chuàng)新聯(lián)盟，通過推進石墨烯生產(chǎn)企業(yè)和應用企業(yè)的緊密合作，通過產(chǎn)學研結(jié)合、創(chuàng)新運營機制、瞄準市場方向，集中力量、抱團發(fā)展，尋求石墨烯產(chǎn)業(yè)的重點突破，在山東省范圍內(nèi)形成從石墨烯原材料生產(chǎn)到下游示范應用的完整產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建省級石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)集群。

　　三、發(fā)展瓶頸

　　雖然石墨烯材料的上游制備和生產(chǎn)技術(shù)取得了較快發(fā)展，但石墨烯材料的下游應用技術(shù)開發(fā)還有系列問題需要解決。

　　1、下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于起步階段，急需金融扶持

　　石墨烯下游產(chǎn)業(yè)方面基本上以中小企業(yè)為主，這些企業(yè)有使用石墨烯新材料的需求和熱情，但缺乏足夠的實力。目前，濟寧利特納米生產(chǎn)的石墨烯材料基本都是無償提供其他企業(yè)研發(fā)使用。每年僅此一項的投入接近60萬～100萬元，目前都是由企業(yè)自己貼補。隨著應用研發(fā)的不斷深入，石墨烯用量將大幅度增加，這會對石墨烯生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)營狀況造成嚴重影響，進而極大限制了石墨烯在應用領(lǐng)域研發(fā)和推廣的速度。在石墨烯的金融扶持方面，寧波市的現(xiàn)有做法值得借鑒。寧波市政府每年拿出3000萬的資金用于補貼企業(yè)除員工工資外的工業(yè)化研發(fā)、設(shè)備、材料、分析測試等費用，支持大約6～9家研發(fā)單位從事石墨烯下游產(chǎn)品開發(fā)，吸引了包括寧波市在內(nèi)的多家新材料企業(yè)。

　　2、大型實驗儀器短缺

　　目前，石墨烯下游應用產(chǎn)品的開發(fā)需要購置大型實驗儀器。這些儀器不僅購置和維護的費用昂貴(例如，透射電子顯微鏡的價格在600萬人民幣左右)，操作和管理上也需要有專業(yè)人員負責，如果由各個企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)自行解決，一方面在資金上存在較大困難，另一方面也會造成重復建設(shè)和資源浪費。目前，江蘇泰州和常州分別建立了各自的檢測平臺。

　　3、管理人才及科研隊伍建設(shè)

　　石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亟需納米材料領(lǐng)域高科技人才，很多石墨烯企業(yè)處于創(chuàng)業(yè)的初期，如何吸引人才、留住人才是石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

　　四、對我國石墨烯未來發(fā)展的建議

　　1、加大金融支持力度

　　由于石墨烯行業(yè)屬于新型、快速發(fā)展的行業(yè)，具有技術(shù)更新快、生命周期短、技術(shù)升級換代頻繁的特點，需要企業(yè)準確把握技術(shù)發(fā)展趨勢，不斷推出新產(chǎn)品和提升服務(wù)水平，抓住市場機遇，滿足市場需求，保持自身的競爭力。但技術(shù)更新需要大量的研發(fā)投入，資金不足往往成為企業(yè)面臨的瓶頸，制約服務(wù)行業(yè)整體的發(fā)展。

　　一方面需要企業(yè)做好市場調(diào)查與預測，做足預算，考慮詳盡;根據(jù)項目進度和籌資方式，編制資金使用計劃，以便有效使用資金;加強企業(yè)管理、節(jié)儉辦事，向管理要效益;爭取國家優(yōu)惠政策和資金上的支持;爭取銀行貸款;多方籌措資金、廣開財源。

　　另一方面需要政府加大對石墨烯系列產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)以及應用的扶持力度。積極探索石墨烯系列新產(chǎn)品的政府首購、采購政策，對下游應用企業(yè)生產(chǎn)的新產(chǎn)品，符合政府采購需求條件的，優(yōu)先予以首購或采購，示范帶動全社會使用石墨烯新產(chǎn)品。同時，政府對獲得上級政府部門支持的石墨烯研發(fā)項目進行適當比例額的配套支持。

　　2、鼓勵高校院所和石墨烯企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，高端復合型人才共享

　　石墨烯行業(yè)的快速發(fā)展，需要不同領(lǐng)域、不同背景的高科技人才的加入。隨著產(chǎn)業(yè)建設(shè)規(guī)模的擴大和新產(chǎn)品、新技術(shù)的應用，新材料與電子領(lǐng)域已經(jīng)完全融合在一起，該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對于復合型高端人才的需求越來越多，而國內(nèi)復合型高端人才在現(xiàn)階段不能滿足服務(wù)需求，造成復合型高端人才缺乏。在推進石墨烯產(chǎn)業(yè)化進程中，企業(yè)和高校需轉(zhuǎn)變思路，加強產(chǎn)學研結(jié)合，引進、培養(yǎng)高層次應用型研發(fā)人才，特別是引進海內(nèi)外石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈上某一學科或技術(shù)領(lǐng)域的帶頭人，通過人才引進加速推進石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　3、加強對石墨烯系列產(chǎn)品的市場推介

　　整合全鏈條上的企業(yè)，通過合作研究、共同開發(fā)、產(chǎn)業(yè)升級等形式，強化上下游企業(yè)的有效合作，提高社會認知度。目前，濟寧利特納米以企業(yè)自身優(yōu)勢為契機，借助創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、創(chuàng)新基地、工業(yè)園區(qū)等系列平臺，與電子、新能源領(lǐng)域等多家資深企業(yè)形成深度戰(zhàn)略合作伙伴，制定清晰的品牌戰(zhàn)略目標。立足石墨烯行業(yè)，以強大的戰(zhàn)略愿景為指導，一步步走向卓越。

　　加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度，力爭使本產(chǎn)品盡快打入市場，此時市場競爭對手少，有利于迅速占領(lǐng)并擴大市場;提高新產(chǎn)品的市場適應能力，針對市場需求來調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加適銷對路的服務(wù)產(chǎn)品;建立一套能夠迅速對市場信息進行反饋的機制，迅速了解供需、價格等市場信息;突出技術(shù)創(chuàng)新性，使產(chǎn)品具有良好性價比，增強市場競爭能力;加強宣傳力度，擴展宣傳面，使新產(chǎn)品和服務(wù)能盡快讓用戶認知。