中国石墨烯应用及未来趋势展望

2.2.2石墨烯复合材料行业

石墨烯本身的特性通过与其他材料复合，可以改变原有材料的特性，可发挥原有材料更大的优势。

◆橡塑塑料复合（石墨烯粉体）

将石墨烯粉体加入橡胶、塑料等基底中可以提高基底材料的导电、导热性以及强韧度，对材料进行综合改性，例如增强塑料、防静电塑料、导热塑料。

◆金属、半导体材料、高分子材料复合（石墨烯油墨）

将石墨烯油墨与基地材料进行复合：金属及其化合物，如金、银、铜、铝等；半导体材料，如硅、锗等；导电高分子和小分子，如石墨等。

使得减低基地材料的电阻、增加导电性、光学透明性以及强度韧性。在各类导电线路以及传感器、无线射频识别系统、智能包装、医学监视器等电子产品中有广泛应用。例如，国家电网电缆内部导电体多采用铜线，如果以铝线作为导电体将会降低成本，将石墨烯油墨与铝线复合将会增加铝线的导电性和强度韧性，从而代替传统铜线。

◆防腐涂料复合（石墨烯粉体）

防腐涂料中添加石墨烯后，石墨烯能够形成稳定的导电网格，有效提高锌粉的利用率。从实际效果来看，添加约5%的石墨烯粉，可减少50%锌粉的使用量。

同时，石墨烯涂层能在金属表面与活性介质之间形成物理阻隔层，对基底材料起到良好的防护作用。我国石墨烯复合防腐涂料技术已经非常成熟，在2015年该技术已应用于海上风电塔筒的防腐，石墨烯复合防腐涂料可以耐腐蚀长达125天，是普通重防腐涂料的3倍，而且锌粉的使用量是普通重防腐涂料的三分之一。

未来石墨烯在石油化工行业和电力行业的建筑、船舶、铁道、桥梁码头、集装箱等防腐涂料方面将具有更广阔的市场空间。

小结，我国石墨烯在复合材料方面应用技术已经较为成熟，基底材料通过和石墨烯复合进行改性，表现出更优异的性能。石墨烯复合材料技术目前已经走向应用，预计其在橡塑、半/导电材料和防腐涂料方面的应用在2017年市场空间将达到6亿元。

不过，随着石墨烯应用渗透率的上升和石墨烯在复合材料中的用量影响，在未来三年预计石墨烯复合材料应用市场规模将超过50亿元，因此石墨烯复合材料应用是近期石墨烯产业化潜在爆发领域。

3石墨烯未来潜在应用展望

2.3.1石墨烯触控屏应用

石墨烯触控屏产品已出，将部分取代ITO触控屏。当前市场中的触控产品以ITO（氧化铟锡）为主。但与之相比,石墨烯触控屏的性能更出色，且具有柔韧和宽温度适应性两大特点。

当前，国内外均已有石墨烯触控屏研发成功并投产，韩国三星公司和成均馆大学在研究制造了63厘米宽的纯石墨烯，并用该石墨烯制造了柔性触控屏；国内二维碳素、第六元素均已经有传感器、触控组件量产。

触控屏市场规模巨大，石墨烯触控需求有望快速增长。全球触控屏市场规模巨大，我国触控屏规模从2013年8亿片增加到2015年12亿片，预计2017年产量规模将达到20亿片。目前，石墨烯触控屏的技术已经相对成熟，2016年我国自研的首款石墨烯手机问世，其可以任意弯曲，不仅解决传统手机ITO屏刚性易碎的问题，并且石墨烯透光性很强因此显示效果也比传统ITO屏更清晰，另外重量只有200克。

但是目前石墨烯制备量产成本是制约该技术发展的其中一个因素。因此，随着石墨烯工业化量产成本进一步降低，同时柔性屏幕需求以及应用场景的提高，石墨烯触控组件有可能在未来替代所有现有传统ITO触控屏，预计在未来将达到千亿以上的市场空间。

2.3.2石墨烯超级电容器

超级电容器是一种能量存储和功率补偿的器件，在混合动力、移动通讯、应急电源、国防科技等领域有广阔的应用前景。电极材料是其生产的关键部分，占整个电容器生产成本的40%左右，目前超级电容器电极材料应用最广泛的是碳材料，包括活性炭和碳纳米管等。

其中活性炭的内部孔径结构控制比较难，比表面积利用率低，电化学性能不稳定；其次，碳纳米管的价格比较昂贵（400元/克），而且难以纯化，从而极大地影响了碳纳米管在超级电容器中的实际应用；石墨烯是一种新型的碳材料，电导率高、比表面积大、且化学结构稳定，表面更有效的释放，有利于电子的渗透和运输，因此如能实现石墨烯规模化制备并降低成本，相对于其他碳电极材料石墨烯更适合作为超级电容器电极材料。

我国传统超级电容器市场规模巨大，即使未来石墨烯电容器在其中仅占比10%，预计未来石墨烯粉体用于石墨烯超级电容器电极的市场规模也将超过10亿元。

2014年，我国已经可以生产石墨烯超级电容器，该电容器单体储电量达到3000法拉。2016年，我国推出了超级电容器公交车，每次充电仅需3分钟，最多可行驶20公里。由于蓄电时间短和放电过快，导致超级电容器在动力电池方向的使用还不是一个稳定的产品，如果能解决超级电容器的能量密度问题，超级电容器将有可能出色的替代市面上所有的动力电池，石墨烯超级电容器将至少是个百亿级别市场规模。

2.3.3其他未来应用

◆生物医学

石墨稀量子点的生物相容性良好，并且具有良好的光学性质，其可以广泛用于细胞成像、纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗、生物传感器等生物医学领域的研究。

◆可穿戴设备

目前可穿戴设备在适配人体结构上存在致命缺陷，不可任意弯曲、自由伸缩的柔性显示屏和原材料并没有应用到其中，这将限制智能穿戴设备的使用方式。

石墨烯具备透明、柔韧，导电性能高，可以任意变化，应用于穿戴设备才能更好适配人体，实现消费突破。当前，技术上石墨烯柔性屏幕已经获得突破，如果突破柔性原材，石墨烯将在未来会更好地适配可穿戴设备。

我国石墨烯应用的发展瓶颈

石墨烯材料现阶段应用技术不成熟

石墨烯目前下游产业链尚未成形，全球还处于石墨烯中游前期专利布局时期，我国的石墨烯专利技术和其他活跃国家对比具有一定的特殊性。

在全球主要优先专利申请件数排位中，中国、韩国和美国名列前三名，分别以6741、2892、2632件。

在全球前十位石墨烯申请人中，我国研究机构占了5位，全部是中国高校，但是排名第一、第三和第六的专利申请人均是韩国和美国大型跨国企业。

因此可以看出中国石墨烯研究成果更多是掌握在高校手中，企业只有一两家具备优势，石墨烯研发过程中企业的主体作用需待进一步加强，推动技术的商业化进程。

通过对前十位申请人的观察，国外高校和企业同时掌握了大量核心专利，美韩企业的专利布局更偏向石墨烯的产业化应用，在石墨烯产业化进程中扮演着重要角色。

另一方面，从专利的类型分析，尽管我国石墨烯专利数量在全世界领先，但多数专利是围绕石墨烯制备方法进行，石墨烯应用方面布局还相对美韩较少。

专利申请人性质和专利类型布局是制约我国石墨烯下游应用技术商业化发展的因素，也制约着石墨烯整体应用的发展。