石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。按層數(shù)，它可分為單層石墨烯、雙層石墨烯和多層石墨烯。按被功能化形式，常見(jiàn)的有氧化石墨烯、氫化石墨烯、氟化石墨烯等等。按外在形態(tài)，有片、膜、量子點(diǎn)、納米帶或三維狀等等。

石墨烯具有優(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。英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯常見(jiàn)的粉體生產(chǎn)的方法為機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長(zhǎng)法，薄膜生產(chǎn)方法為化學(xué)氣相沉積法(CVD)。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2022-2027年中國(guó)石墨烯行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研及投資戰(zhàn)略研究報(bào)告》顯示：

實(shí)際上石墨烯本來(lái)就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來(lái)就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬(wàn)層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過(guò)，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)石墨烯材料的應(yīng)用，主要集中在2大領(lǐng)域：一類是將石墨烯作為添加劑應(yīng)用在已有產(chǎn)品中，用以改良和提升產(chǎn)品性能，比如添加石墨烯散熱涂層的LED燈、石墨烯暖墻、石墨烯地板、石墨烯防腐涂料、石墨烯內(nèi)暖纖維制成的服裝、石墨烯防靜電輪胎、加熱片、石墨烯動(dòng)力電池等產(chǎn)品;另一類是將石墨烯薄膜用于加熱膜、智能手環(huán)、觸摸屏、遠(yuǎn)紅外理療產(chǎn)品等。

中國(guó)石墨烯行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)石墨烯全產(chǎn)業(yè)鏈布局已經(jīng)初見(jiàn)雛形，基本覆蓋了從制備及應(yīng)用研究到石墨烯產(chǎn)品生產(chǎn)，直至下游應(yīng)用的全環(huán)節(jié)。初步形成以北京為核心，東部沿海地區(qū)產(chǎn)業(yè)帶和內(nèi)蒙-黑龍江地區(qū)產(chǎn)業(yè)帶為集聚區(qū)，多地點(diǎn)狀分布式的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。

其中材料制備領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)約300多家，產(chǎn)品以石墨烯粉體和薄膜兩類材料為主，并且基本實(shí)現(xiàn)量產(chǎn);應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)超過(guò)600多家，覆蓋了防腐涂料、熱管理材料、儲(chǔ)能、電子顯示、大健康等多個(gè)領(lǐng)域。此外，還有一些技術(shù)服務(wù)、銷售、投資、檢測(cè)等企業(yè)，進(jìn)一步完善了石墨烯全產(chǎn)業(yè)鏈體系。

目前市場(chǎng)化的石墨烯材料主要包括石墨烯粉體和石墨烯薄膜兩大類。目前國(guó)內(nèi)石墨烯年產(chǎn)能維持在3000噸左右，而需求量?jī)H為一百余噸，在汽車、紡織、軍工等方面實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用了商業(yè)化的應(yīng)用。石墨烯的應(yīng)用市場(chǎng)還有著進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的空間，石墨烯的前景十分廣闊。

中國(guó)石墨烯主要生產(chǎn)區(qū)域及企業(yè)分析

從生產(chǎn)角度看，我國(guó)豐富的石墨資源為石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的資源基礎(chǔ)。我國(guó)石墨資源基礎(chǔ)儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的24%左右，中國(guó)石墨的產(chǎn)量也位居世界前列，我國(guó)目前已查明晶質(zhì)石墨儲(chǔ)量5500萬(wàn)噸，位于世界前列。其中國(guó)內(nèi)石墨儲(chǔ)量47%分布在黑龍江，19%分布在內(nèi)蒙古。

石墨烯在全國(guó)范圍內(nèi)正呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢(shì)。目前中國(guó)已經(jīng)基本形成以長(zhǎng)三角、珠三角和京津冀魯區(qū)域?yàn)榫酆蠀^(qū)，多地分布式發(fā)展的石墨烯產(chǎn)業(yè)格局。我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)化勢(shì)頭強(qiáng)勁，多個(gè)具有石墨烯特色的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心已露雛形。尤其是長(zhǎng)三角地區(qū)，“東方碳谷”常州因其石墨烯相關(guān)產(chǎn)業(yè)的高度集聚而備受關(guān)注，寧波有中科院寧波材料所作為支撐，外加上海高校與科研院扎實(shí)的科研能力，三地之間協(xié)同發(fā)展、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，石墨烯生產(chǎn)制備技術(shù)不斷取得突破，應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化步伐迅速。

我國(guó)石墨烯行業(yè)相關(guān)企業(yè)注冊(cè)量于2019-2021年呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，2021年企業(yè)注冊(cè)量為13665家，較前年上升了5830家。截止至9月23日，2022年新增企業(yè)注冊(cè)量為11668家。

石墨烯是已知強(qiáng)度最高的材料之一，同時(shí)還具有很好的韌性，且可以彎曲，石墨烯的理論楊氏模量達(dá)1.0TPa，固有的拉伸強(qiáng)度為130GPa。而利用氫等離子改性的還原石墨烯也具有非常好的強(qiáng)度，平均模量可達(dá)0.25TPa。由石墨烯薄片組成的石墨紙擁有很多的孔，因而石墨紙顯得很脆，然而，經(jīng)氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨紙則會(huì)異常堅(jiān)固強(qiáng)韌。

2021年10月31日，“2021中國(guó)福建(永安)石墨烯創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽暨項(xiàng)目成果對(duì)接會(huì)”閉幕。會(huì)上，工信部賽迪研究院發(fā)布了《中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)(2021)》。

隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域可能會(huì)是移動(dòng)設(shè)備、航空航天、新能源電池領(lǐng)域。

石墨烯的研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)持續(xù)升溫，石墨和石墨烯有關(guān)的材料廣泛應(yīng)用在電池電極材料、半導(dǎo)體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面。鑒于石墨烯材料優(yōu)異的性能及其潛在的應(yīng)用價(jià)值，在化學(xué)、材料、物理、生物、環(huán)境、能源等眾多學(xué)科領(lǐng)域已取得了一系列重要進(jìn)展。研究者們致力于在不同領(lǐng)域嘗試不同方法以求制備高質(zhì)量、大面積石墨烯材料。并通過(guò)對(duì)石墨烯制備工藝的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，降低石墨烯制備成本使其優(yōu)異的材料性能得到更廣泛的應(yīng)用，并逐步走向產(chǎn)業(yè)化。