一、石墨烯概述

1.定義

發(fā)現(xiàn)石墨烯的故事需要從石墨的結(jié)構(gòu)說(shuō)起。從晶格層面看石墨是三維層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)碳原子之間以共價(jià)鍵的形式連接，鍵長(zhǎng)為0.142nm，作用力非常強(qiáng)，而層與層之間的間隔為0.335nm，以范德瓦爾斯力結(jié)合，范德瓦爾斯力并不是鍵合作用，相比共價(jià)鍵其作用力非常弱，因此石墨層與層之間可以很容易的滑動(dòng)，這是石墨是一種很好的高溫潤(rùn)滑劑的原因，也是它被用來(lái)做鉛筆芯的原因。

石墨烯是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料。其具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。

2.發(fā)展歷程

石墨烯的理論研究始于1947年，迄今已有70余年的歷史。但真正能夠獨(dú)立存在的二維石墨烯晶體則是出現(xiàn)在2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)天文物理學(xué)教授Andre K. Geim領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用微機(jī)械剝離方法首次獲得了石墨烯，標(biāo)志著這一新型材料的問(wèn)世。2017年至今，石墨烯已經(jīng)在鋰電池、太陽(yáng)能、散熱材料、電纜LED等行業(yè)有了較為廣泛的應(yīng)用。

我國(guó)石墨烯行業(yè)發(fā)展歷程

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二、產(chǎn)業(yè)鏈

石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈的上游為石墨礦資源及生產(chǎn)設(shè)備;中游為石墨烯薄膜和石墨烯粉體制造;下游主要的應(yīng)用以新能源、涂料、大健康、節(jié)能環(huán)保、化工新材料、電子信息等六大產(chǎn)業(yè)。

三、上游端分析

石墨是石墨烯生產(chǎn)的原材料，我國(guó)是全球最大的石墨生產(chǎn)國(guó)，但可開采儲(chǔ)量?jī)H為全球第二，占世界總儲(chǔ)量的25%，靜態(tài)可開采年限僅為116年，在全球主要的石墨生產(chǎn)國(guó)中，僅高于挪威。受2016年石墨資源開采相關(guān)環(huán)境法規(guī)變動(dòng)的影響，中國(guó)的國(guó)內(nèi)天然石墨產(chǎn)量由2016年的約78萬(wàn)噸減少至2017年的約62.5萬(wàn)噸。因受到鍵離子電池及電爐煉鋼行業(yè)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量穩(wěn)步反彈，2019年升至70萬(wàn)噸。隨著耐火材料、潤(rùn)滑劑及鍵離子電池等下游板塊需求的日益增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)天然石墨生產(chǎn)有望持續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)資料顯示，2021年我國(guó)天然石墨產(chǎn)量為72萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)10.6%。截止到2022年我國(guó)天然石墨產(chǎn)量達(dá)73.5萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)13.1%。

2016-2022年中國(guó)天然石墨產(chǎn)量及增速情況

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四、下游端分析

從下游應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率比銅或銀更低，因此能應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。數(shù)據(jù)顯示，石墨烯在新能源領(lǐng)域應(yīng)用占比最高達(dá)71.4%，在涂料、醫(yī)療健康、復(fù)合材料領(lǐng)域占比分別為11.4%、7.1%、7.1%。

中國(guó)石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域占比情況

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石墨烯的潛在應(yīng)用非常廣泛，被認(rèn)為幾乎涵蓋材料科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域：在電子方面的應(yīng)用，基于載流子遷移率極高，可以取代硅做晶體管等;在光學(xué)方面的應(yīng)用，基于單層吸光率僅為2.3%，可以做透明電極、觸控屏等；用作能源器件，基于其比表面積超高的性質(zhì)，可以做超級(jí)電容器等；復(fù)合材料方面，基于其機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱、抗腐蝕等方面的性能，可以和金屬、樹脂、涂料等復(fù)合來(lái)提高它們的強(qiáng)度、導(dǎo)熱能力和防腐性能等。

2022年中國(guó)石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域構(gòu)成情況

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電容器是一種容納電荷的器件，通常簡(jiǎn)稱其為電容，用字母C表示，由兩個(gè)相互靠近的導(dǎo)體在中間夾一層不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)構(gòu)成，在調(diào)諧、旁路、耦合、濾波等電路中起著重要的作用。

近年得益于我國(guó)信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，數(shù)碼電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來(lái)越快，以平板電視（LCD和PDP）、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等產(chǎn)品為主的消費(fèi)類電子產(chǎn)品產(chǎn)銷量持續(xù)增長(zhǎng)，帶動(dòng)了電容器產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模不斷增長(zhǎng)。目前我國(guó)已經(jīng)成為全球最大的電容器市場(chǎng)，占全球市場(chǎng)比重超過(guò)七成。數(shù)據(jù)顯示，2021年我國(guó)電容器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模從2017年的992億元增長(zhǎng)到了1214億元。數(shù)據(jù)顯示，2022年我國(guó)電容器市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)1268億元，在全球市場(chǎng)中的比重高達(dá)77.3%，增速為4.45%。

2017—2022年中國(guó)電容器市場(chǎng)規(guī)模及增速

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五、行業(yè)現(xiàn)狀

得益于近年來(lái)我國(guó)新能源、半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，石墨烯的需求量也隨之不斷增長(zhǎng)，推動(dòng)了行業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)張。2019年中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)163億元（下游應(yīng)用制品市場(chǎng)規(guī)模），2021年市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至265億元，2022年中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模在335億元左右。近幾年來(lái)看，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模已占全球的30%以上，并逐年提高。

2016-2022年中國(guó)石墨烯行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模及增速

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相對(duì)于傳統(tǒng)鋰電池導(dǎo)電劑，石墨烯比表面積適中，導(dǎo)電性良好，在電池中充當(dāng)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，在負(fù)極中，它不僅可以提高電極的導(dǎo)電性，而且可以提高負(fù)極的容量。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)導(dǎo)電劑石墨烯市場(chǎng)規(guī)模在2020年達(dá)139億元，同比增長(zhǎng)44.8%，2022年我國(guó)導(dǎo)電劑石墨烯市場(chǎng)規(guī)模市場(chǎng)規(guī)模達(dá)191億元。

2017—2022年中國(guó)導(dǎo)電劑石墨烯市場(chǎng)規(guī)模及增速

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六、發(fā)展趨勢(shì)

石墨烯作為技術(shù)密集型的前沿新材料，前期產(chǎn)業(yè)培育以技術(shù)驅(qū)動(dòng)為主，以“從上至下”的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展模式為主，需石墨烯企業(yè)自行尋找和開拓市場(chǎng)，不利于產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展。近年來(lái)，隨著石墨烯制備技術(shù)成熟化和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用多元化，石墨烯與各領(lǐng)域的融合持續(xù)深化，逐步由技術(shù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用驅(qū)動(dòng)。此外，突如其來(lái)的新冠疫情，更是激發(fā)了石墨烯在醫(yī)療健康領(lǐng)域的新應(yīng)用，開辟了新的市場(chǎng)，行業(yè)迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

石墨烯屬于技術(shù)、人才和資金高度密集型的前沿新材料產(chǎn)業(yè)，只有跟下游應(yīng)用深度融合，完全打開應(yīng)用市場(chǎng)才能快速發(fā)展。石墨烯不僅與紡織鞋服、功能涂料、改性橡膠等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)系密切，同時(shí)與電子信息、航空航天、新能源、生物醫(yī)藥等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也緊密相關(guān)，形成“共生共融、協(xié)同發(fā)展”的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。“十四五”期間，我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)將進(jìn)一步發(fā)揮改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、培育新興產(chǎn)業(yè)的功能，與相關(guān)產(chǎn)業(yè)深度融合發(fā)展，加速推動(dòng)我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，推動(dòng)我國(guó)石墨烯行業(yè)快速發(fā)展。