中国石墨烯材料前景论文开题报告

国内以北京大学、清华大学、浙江大学，中国科学院沈阳金属所、中国科学院宁波材料所等为代表的高校、科研单位开展了大量的基础研究和应用研发，并涌现出一大批相关企业，石墨烯产业化发展正在全国范围内进行。2013年7月，中国石墨烯产业技术创新战略联盟成立。同时，江苏、浙江、深圳、上海、山东、福建、辽宁、重庆、黑龙江与中科院等机构以多种形式协同创新，纷纷建立了产业技术联盟，促进了创新资源优化组合和创新产业化进程。2013年底，中国石墨烯标准化委员会宣告成立，中国石墨烯研究及检测公共服务平台同时启动，该服务平台主要为中国石墨烯产业技术创新战略联盟相关单位提供专业的石墨烯性能检测与结构表征服务。2014年4月，青岛科技大学与美国密苏里州立大学和美国劳伦斯-伯克利国家实验室合作，联合开发石墨烯基太阳能电池，成本比传统的要降低一半多。2014年3月，清华大学化工系张强、魏飞教授研究组成功制备出一种具有自分散、不堆叠特性的柱撑石墨烯。课题组通过催化气相生长调变石墨烯的拓扑结构，获得了具有突起结构的石墨烯。该柱撑石墨烯用于锂硫电池正极时，其材料的能量密度、功率密度显著优于商用锂离子电池所用正极材料，在电动汽车、个人电子产品、以及大规模储能中具有潜在的应用前景。2014年3月，中科院宁波材料技术与工程研究所在实现石墨烯产业化制备的基础上，进一步开展石墨烯/高分子复合体系相关研究，揭示石墨烯与高分子基体之间的非共价建结合机理，由此提出非化学法改善高分子与石墨烯间界面粘结的新方法。2013年12月，无锡市政府发布了《无锡石墨烯产业发展规划纲要》，提出在惠山经济开发区建设无锡石墨烯产业发展核心区“一区二中心”，力争用5-7年的时间，打造国际一流、国内领先、具有鲜明特色的无锡石墨烯产业集群。在12月，全球首款双层多点石墨烯触控手机在无锡推出，从生产石墨烯粉体材料和石墨烯薄膜的第六元素和格非电子，到生产薄膜下游产品石墨烯触摸屏的力合光电，再到将石墨烯触摸屏集成为手机的爱维特信息，无锡已初步形成从原材料到最终产品的产业链。2013年6月，中国内蒙古石墨烯材料研究院成立，是我国首个石墨烯材料的综合型研究机构和技术开发中心，主要从事石墨烯材料的新品种、新工艺、新装备、新技术的研究开发、产品标准制订及质量监督检测。2013年中科院重庆研究所用化学气相沉积法成功制备出国内首片15英寸的单层石墨烯,并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上,制备出7英寸石墨烯触摸屏。中科院金属研究所在石墨烯透明导电薄膜方面完成CVD反应装置与其他设备的采购、安装和调试，能够实现石墨烯透明导电薄膜的实验室制备，制备出4英寸石墨烯透明导电薄膜。此外，金属研究所研制具有三维连通网络结构的石墨烯泡沫体材料，并已经取得实验室样品。而在动力电池用石墨烯基电极材料研发方面，已基本确立石墨烯使用的种类和添加量，并且结合电池材料制备过程和实验结果，初步建立石墨烯的使用标准。

主要上市公司：贝特瑞(835185);方大炭素(600516);银基烯碳(400070);碳元科技(603133);沃特新材料(002886);常州二维碳素(833608)

本文核心数据：石墨烯行业企业营收额;石墨烯行业区域企业数量;石墨烯行业企业产能

行业概况

1、定义

石墨烯，是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。应用于物理、材料、电子信息、计算机等众多领域，具有较好的额导热性、光学特性和稳定性。石墨烯虽然从合成和证实存在到今天只有短短十几年的时间，但目前已经得到了较为广泛的应用。石墨烯层数可分为单层石墨层、少层石墨烯和多层石墨烯;按照功能化形式可以分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等;按照产品形态又可分为石墨烯粉体和石墨烯薄膜。

2、产业链剖析：下游应用较为广泛

石墨烯产业链的上游为石墨矿资源及生产设备;中游为石墨烯薄膜和石墨烯粉体制造;下游主要的应用以新能源、涂料、大健康、节能环保、化工新材料、电子信息等六大产业。

目前，我国石墨烯产业链的上游石墨烯矿产及设备公司有方大炭素、思泉新材和宝泰隆等;中游石墨烯粉体和薄膜的生产公司有常州二维碳素、第六元素和中泰化学等;下游应用领域众多，目前较为广泛的新能源领域的代表企业有贝特瑞新材料、东方碳素、南都电池和欣旺达等;涂料领域的代表性企业有墨睿科技和深创时代等;大健康领域代表性公司有烯旺科技和圣泉集团等;节能环保领域的代表性企业有正拓能源和驰飞等;化工新材料的代表性企业有新纶科技和华高烯暖等;电子信息领域的代表性企业包括远望谷和汉威电子等。

行业发展历程：行业处在突飞猛进阶段

石墨烯的理论研究始于1947年，迄今已有70余年的历史。但真正能够独立存在的二维石墨烯晶体则是出现在2004年，英国曼彻斯特大学天文物理学教授Andre K. Geim领导的研究小组利用微机械剥离方法首次获得了石墨烯，标志着这一新型材料的问世。中国国家自然科学基从2007年开始对石墨烯项目投资，促进了我国石墨烯产业的发展。2013年以来，石墨烯先后被列入“十二五”“十三五”规划中，政策的推动促使了我国一大批石墨烯企业的诞生，石墨烯生产开始走向批量化、规模化。2017年至今，石墨烯已经在锂电池、太阳能、散热材料、电缆LED等行业有了较为广泛的应用。

行业政策背景：“十四五”规划愈发重视石墨烯行业的发展

相比于国外政府较早进行政策扶持，我国直到2012年才由工信部发布《新材料产业“十二五”发展规划》，首次明确提出支持石墨烯新材料的发展。之后，我国先后出台《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》《国家创新驱动发展战略纲要》《新材料产业发展指南》《“十三五”材料领域科技创新专项规划》等文件，确立石墨烯在新时代我国制造业发展中的重要战略地位，鼓励在电化学储能、海洋工程、柔性电子器件、重大环保技术装备、汽车、航天航空行业等领域拓展石墨烯应用。2021年，国家发改委发布了《国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要》，提出大力支持发展新材料产业的重点任务。

行业发展现状

目前，石墨烯产品主要为石墨烯粉体和石墨烯薄膜。石墨烯粉体主要应用于防腐涂料、锂电池、超级电容、导热塑料、消费电子散热片等行业;石墨烯薄膜主要在导热膜、柔性显示、传感器、集成电器等行业有较为广泛的应用。

1、供给：石墨烯粉体和石墨烯薄膜已经实现大规模量产

目前中国大部分石墨烯行业代表性企业均已建立石墨烯产品生产线，其中，在明确公布产量数据的企业中，第六元素、凯纳股份、青岛昊鑫及先丰纳米的石墨烯相关产品产能均达到了千吨级别。此外，根据2021年11月12日举办的2021(第八届)中国国际石墨烯创新大会公布的数据，目前中国已成为石墨烯材料生产大国，石墨烯粉体产能达1.46万吨，石墨烯薄膜产能740万平米。

注：上述数据均来源于企业官网，部分企业官网数据未做更新。

2、需求：石墨烯需求不断增加，市场规模达百亿以上

2015年到2018年，我国石墨烯产业处于高速发展期。据中国经济信息社数据统计，2015年石墨烯市场规模仅为6亿元，2018年我国石墨烯产业规模约为111亿元，复合增长率高达117%。在高速发展后，从2019年开始石墨烯行业进入快速平稳发展期，增速有所降低，根据赛迪智库发布的《2020年中国石墨烯产业发展形势展望》估算，2019年中国石墨烯规模将达到120亿元;根据石墨烯联盟公布的数据，2020年国内石墨烯相关领域市场规模达140亿元。初步估测2021年中国石墨烯市场规模或达到157亿元。

3、专利情况：2020年石墨烯相关专利申请热度最高

根据智慧芽搜索结果，2015-2022年9月，我国石墨烯相关专利申请数量先增后降，2020年相关专利申请数量达到峰值33390项，2021年相关专利申请数量下降至30165项。此外，截至2022年9月的石墨烯相关专利中，发明申请类型的专利占比最多，达到了57%，其次为授权发明，占比为27%。

注：查询时间为2022年9月26日。

4、发展痛点：关键技术制约下游应用拓展

由于石墨烯从发现至今仅经历10余年时间，其发展仍处于较新的阶段，尽管石墨烯在规模化生产技术和 工艺装备等方面均取得重大进展，但其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，且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，制约了石墨烯在下游应用领域的拓展。

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国石墨烯行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

石墨烯产业规模持续扩大，下游领域不断拓宽，多地企业密集投建石墨烯制备和应用项目，并借助并购重组打通上下游各环节，提高自身产能，整合产业资源，优化提升石墨烯产业能级。

1、2020年中国石墨烯行业发展现状分析：行业发展势头良好，市场规模持续扩大

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，但市场规模持续扩大。2015年到2018年，我国石墨烯产业处于高速发展期。据中国经济信息社数据统计，2015年石墨烯市场规模仅为6亿元，2018年我国石墨烯产业规模约为111亿元，复合增长率高达117%。

在高速发展后，从2019年开始石墨烯行业进入快速平稳发展期，增速有所降低。《2020年中国石墨烯产业发展形势展望》中估算2019年中国石墨烯规模将达到120亿元，考虑到疫情的影响，前瞻测算2020年石墨烯市场增速将有所下降，石墨烯市场规模达到126亿元。

2、中国石墨烯行业细分产品分析：下游涉及行业众多，石墨烯应用领域广泛

石墨烯下游行业众多，主要应用于以下五个领域：

一是光电产品领域，以其非常好的透光性、导电性和可弯曲性，在触摸屏、可穿戴设备、OLED、太阳能等领域中发挥作用。

二是能源技术领域，主要依赖于石墨烯超高的比表面积、超轻的重量和非常好的导电性。

三是功能复合材料，通过将石墨烯加入各种塑形基体，能够制备出具有很好导电、导热、可加工、耐损伤的特殊材料。

四是微电子器件，未来的石墨烯半导体、石墨烯集成电路、THz器件等领域，需要利用石墨烯独特的性质来发挥。

五是生物医药和传感器领域，石墨烯对单分子的响应能力、承载抗体后的分子输运能力都是其他传感器不能实现的。

3、中国石墨烯行业产能分析：龙头公司产能持续扩增加，中小企业生产能力有待提高

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，预计建成后将成为国内第二大石墨烯膜生产线。

——石墨烯粉体

石墨烯粉体材料制备工艺类化工属性，将以添加剂的形式提升传统产品性能。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。石墨烯粉体将主要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。

石墨烯粉体多掺杂在其他材料中使用，比如导电剂、超级电容、特种涂料、高效催化剂等。目前中国规模以上企业石墨烯粉体的生产能力多在100吨左右。

——石墨烯薄膜

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;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，是的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。

中国石墨烯薄膜的产能约超过650万平方米左右，主要集中在常州地区。

4、中国石墨烯行业未来发展趋势：扩产成为行业趋势

我国石墨烯产业化发展势头迅猛，各地企业积极投建石墨烯项目。随着石墨烯行业规模的不断扩大，下游应用的不断延伸，2018年以来，石墨烯龙头企业纷纷投资建立新的生产线，扩大产能，以实现规模化生产。

—— 更多数据可参考前瞻产业研究院《中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》