石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯不僅是世界上最強、最堅硬、最薄的物質，石墨烯比鉆石還堅硬，強度是世界上最好鋼鐵的上百倍，同時由于它在已知的材料中電阻率最小、導熱系數最高，它電流密度是銅的 100 萬倍，導熱率是銅的 10倍，因此也是最理想的電極和半導體材料，被認為可以引發現代電子科技和信息技術的革命。石墨烯被視為工業味精，也被譽為萬能材料。整體的石墨烯產業鏈分為上游、中游、下游，上游主要是制備石墨烯的原料及設備，中游主要是各類石墨烯，下游就是石墨烯的應用，包括復合材料、電子信息、儲能等多個領域。

　　目前中國正處于經濟換擋期，各級政府也將石墨烯產業作為地方產業升級換代的突破口，紛紛成立石墨烯相關產業園區或企業聯盟。無錫、重慶、南京、青島、常州已建立起石墨烯產業示范基地，地方政府的相關財政資金也有望在未來幾年達到千億規模（合計）。隨著地方政府的積極介入，石墨烯產業已經初步形成政府、科研機構、研發和應用企業協同創新的“官產學研“合作對接機制，良性發展態勢有助于石墨烯企業充分享受地方政策、稅收優惠以及資金支持，未來產業化發展有望加速。

　　目前我國石墨烯產業大部分是處于下游的生產企業，且還處于中試階段。能夠規模化量產的石墨烯公司只有少數幾家。作為新興產業，中國石墨烯下游產業的發展呈現出欣欣向榮、蓬勃發展的勢頭，與國際發達國家基本處于同步階段。目前國內的石墨烯生產企業還沒有完全進入盈利模式，主要原因是應用市場不明。石墨烯的大規模生產促進和推動著石墨烯應用領域的研究和發展。目前石墨烯產品研發的主要應用領域集中在超級電容器、鋰離子電池、復合材料、透明導電電極、太陽能電池等方面。

　　石墨烯量化制備及高性能超級電容器研究取得進展

　　日前，中國科學院電工研究所馬衍偉研究團隊在石墨烯量化制備及高性能石墨烯基超級電容器方面取得進展，提出以二氧化碳為原料，采用自蔓延高溫合成技術，成功實現了兼具高導電性和高比表面積石墨烯粉體的快速、綠色、低成本制備。相關研究結果已發表于國際期刊《先進材料》（Advanced Materials， 2017， 1604690），并申請了國家發明專利和PCT專利。

　　石墨烯是近年來備受各國重視的新型材料，但是高品質石墨烯的工業化大規模制備一直是世界性難題。目前，石墨烯粉體規模化制備的技術路線主要基于膨脹石墨剝離法和氧化石墨還原法，但是前者通常得到的是低比表面積的多層石墨片，而后者制備的石墨烯由于殘留的氧官能基團和結構缺陷導致低導電性，嚴重制約了石墨烯的潛在應用。

　　針對上述問題，該團隊采用二氧化碳為原料，金屬鎂粉為還原劑，納米氧化鎂為模板劑，通過鎂粉在二氧化碳氣氛中自蔓延燃燒方式，成功制備出富含介孔結構的石墨烯，如圖1所示。

　　目前所制的石墨烯電導率高達13000 S/m，比表面積為709 m2/g，綜合性能優異，并在離子液體電解液中表現出優越的電化學性能。基于電極材料的比電容高達244 F/g，能量密度高達136 Wh/kg，功率密度高達1000 kW/kg，循環100萬周后，容量保持率仍大于90%，如圖2所示。該石墨烯制備方法反應過程耗時短、環境友好、成本低、易于工業化推廣，將有力促進石墨烯在超級電容器等儲能領域中的實際應用。該研究與中科院理化技術研究所李江濤研究團隊、中科院物理研究所李建奇研究團隊合作完成，并獲得了國家自然科學基金委項目的資助。

　　我國科學家把石墨烯單晶的生長速度提高了150倍

　　在國家自然科學基金項目（項目編號：51522201，11327902）資助下，由俞大鵬院士領導的“納米結構與低維物理”研究團隊的劉開輝課題組在大單晶石墨烯的生長方面取得新的重要進展。研究成果于2016年11月7日以“Ultrafast growth of single-crystal graphene assisted by a continous oxygen supply（氧化物襯底輔助石墨烯單晶超快生長）”為題在Nature Nanotechnology發表。

　　石墨烯作為一種典型的量子材料，不僅成為當今凝聚態物理領域的一個非常重要的研究方向，也同樣引起國內外工業領域的高度重視。歐盟啟動了石墨烯旗艦研究計劃，美國、日本、韓國也都先后加大了石墨烯應用基礎研究領域的投入力度。中國在各地石墨烯研究協會的基礎上成立了石墨烯研究聯盟。目前，全球與石墨烯材料和應用相關的各類公司有上萬家。盡管石墨烯作為添加物在新能源、新材料等方面得以應用，但是在高端光電器件應用等方面依然進展不大，其核心瓶頸是難以獲得大尺寸的石墨烯單晶。現有的大單晶石墨烯生長的方法生長速率普遍低于0.4 μm/s（微米/秒），需要花費幾天的時間來生長出一片晶元級的樣品。

　　劉開輝課題組利用CVD（氣相沉積法）在1000攝氏度左右熱解甲烷氣體，把多晶銅襯底上石墨烯單晶的生長速度提高了150倍，達到60μm/s。這項重要突破的核心是把多晶銅片放置于氧化物襯底上（兩者之間的間隙約為15μm）。理論模擬計算證明，氧化物襯底能夠為銅片表面提供連續的活性氧，顯著地使甲烷分解勢壘從1.57eV（電子伏特）降低到0.62eV，從而能夠高效催化銅表面上的反應，提高石墨烯的生長速度。利用這種技術，他們能夠在5秒鐘內生長出300μm的石墨烯大單晶。該研究結果對于可控、高速生長出大單晶石墨烯提供了必要的科學依據，具有非常重要的科學意義和技術價值。

　　左圖：氧化物襯底輔助石墨烯單晶超快生長的設計及實驗結果（石墨烯單晶的生長速度為60 μm/s）；右圖：與已有的石墨烯生長速度相比，該研究工作把石墨烯單晶的生長速度提高了150倍。

　　2016年度石墨烯行業10大重磅新聞

　　01

　　石墨烯凝膠3D打印出超級電容

　　美國國家實驗室LLNL和加州大學分校科學家們宣布，首次使用超輕的石墨烯凝膠3D打印出可以保留能量的超級電容，比當前使用電極制造的同類電容薄10至100倍。為產品設計師更加自由、不受設計限制地將高效能源存儲系統用于智能手機、可穿戴設備、可植入設備、電動汽車和無線傳感器打開了大門。

　　02

　　石墨烯成功用于鉛酸蓄電池

　　國內兩家電池企業先后宣布成功將石墨烯應用于鉛酸蓄電池。上海海寶特種電源有限公司宣布研發出中國首輛電動車和首塊電動車電池的海寶電池發布石墨烯“黑金王”電池。該公司所生產的海寶黑金王鉛酸蓄電池與其他同類產品相比，不僅延長了使用壽命，同時容量提升了10%。國內鉛酸電池龍頭超威集團與愛瑪宣布將業內首創擁有石墨烯技術的黑金電池用于電動車。

　　03

　　西北大學完成石墨烯改性石墨鋰電負極材料工業化放大試驗

　　西北大學在石墨烯電池研究與產業化方面獲得突破，使電池體積縮小、容量增加成為可能。目前該課題組完成了批產量500公斤的石墨烯改性石墨鋰電負極材料工業化放大試驗，產品性能達到了國標高性能石墨負極材料指標。同時，該實驗室制備出多種超過1000mAh/g石墨烯鋰電池負極材料，與國際研究水平同步。

　　04

　　科學家開發出新方法制得石墨烯 性能更穩定

　　據外媒報道，俄羅斯、法國、瑞典和希臘科學家合作開發出一種工業技術來提純石墨烯。科學家使用高溫碳化硅的升華物，成功得到了擁有高度穩定性的石墨烯。這種石墨烯與臭氧接觸超過10分鐘性能不變；而普通石墨烯在同樣的環境下三到四分鐘就會性能受損。

　　05

　　石墨烯智能服裝：不止不貴，還可機洗

　　據外媒報道，劍橋石墨中心（CGC）和江南大學聯合開發出含有石墨烯的導電織物，能夠解決智能服裝不夠柔軟的問題，價格也不昂貴。科學家們通過化學方式改變石墨烯內部結構，開發出了和棉織物基本沒區別的石墨烯絮片，這種可穿戴智能織物能夠在洗衣機里轉 500 圈不受損。

　　06

　　寧波墨西科技年產500噸石墨烯生產線正式建成

　　寧波墨西科技有限公司“年產500噸石墨烯生產線技術改造及擴建工程項目”通過專家組驗收，這標志著寧波墨西科技年產500噸石墨烯生產線正式建成投產。隨著這條生產線的啟動，石墨烯的價格大幅度下降。在生產線啟動當天，上海隆振建筑工程股份有限公司與寧波墨西科技簽訂了3960萬元的訂單。

　　07

　　四川石墨烯材料產業技術創新戰略聯盟成立

　　由四川聚能仁和新材料有限公司牽頭，中物院成都科學技術發展中心等17家產學研聯合組建的國家石墨烯材料產業技術創新戰略聯盟在成都天府新區成立，這也是國內首個“國字頭”石墨烯材料產業技術創新戰略聯盟。

　　石墨烯相關政策

　　08

　　《國家創新驅動發展戰略綱要》

　　中共中央、國務院印發了《國家創新驅動發展戰略綱要》，石墨烯再被點名，綱要提出：發展引領產業變革的顛覆性技術，不斷催生新產業、創造新就業。發揮納米、石墨烯等技術對新材料產業發展的引領作用。

　　09

　　《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》

　　全國人民代表大會和中國人民政治協商會議中發表《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》，提出大力發展石墨烯、超材料等納米功能材料。

　　10

　　《建材工業鼓勵推廣應用的技術和產品目錄（2016－2017年本）》

　　工信部網站公布了《建材工業鼓勵推廣應用的技術和產品目錄（2016－2017年本）》，其中有2項涉及石墨烯，分別為石墨烯粉體、石墨烯重防腐涂料。

　　近幾年，石墨烯產業發展全球矚目，但總體應用量較小，市場規模化需求還有待形成。目前石墨烯的大部分應用仍然停留在實驗室階段，雖然在實驗室里的效果很好，但如果進行規模化生產，產品的穩定性尚待觀察。