燕园众欣丨石墨烯的无限可能，下游应用是关键

作为“21世纪最具发展潜力的”的神奇材料，石墨烯（Graphene）是由单层碳原子构成的六角形，呈蜂窝晶格的...



作为“21世纪最具发展潜力的”的神奇材料，石墨烯（Graphene）是由单层碳原子构成的六角形，呈蜂窝晶格的一层透明薄膜，是世界上为数不多同时具备“透明、导电和柔性”三大属性的的材料，在生物医药、清洁能源、可穿戴技术、太阳能电池、传感器、复合材料等领域将带来革命性变化，未来10年内，有望形成千亿产业规模，拉动万亿产业链。

石墨烯到底有多神奇？“褪去”一些极具视觉报道的“外衣”，这些新技术的本来面目是什么？

举个例子：近期，石墨烯电池获突破性进展的报道时有播出：华为石墨烯基锂离子电池的成功问世，大幅提升电池热稳定性，使用寿命是普通锂离子电池的两倍；东旭光电推出的首款石墨烯充电宝，加快了导电性，使得充电宝可以实现快速充电，等等的石墨烯电池的新闻报道接连播出，但是石墨烯电池会不会从实验室走向我们的生活，石墨烯会不会出现在我们的生活中，还需要进一步的观察。中国石墨烯企业不再少数，但这些企业均处于发展初期，能否实现石墨烯的“平民化”、产业化还需要观察。因此，石墨烯的下游应用是关键所在。被誉为“神奇材料”的石墨烯是从石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯在电、热、光、力等多维度具备其他材料均无法比拟的高性能。随着产业技术的不断突破及下游端各类应用的持续开发，石墨烯材料商业化应用进程也将持续提速。有专家预计，未来几年内，石墨烯将主要应用于导电油墨、防腐涂料、超级电容、锂电池、传感器、可穿戴技术等几大主要领域。

1.导电油墨

导电油墨是用导电材料制成的油墨，具有一定程度导电质，可作为印刷导电点或导电线路之用。近年来在手机、玩具、薄膜开关、太阳能电池、远红外发热膜以及射频识别技术等行业中应用越来越广泛。过去数十年，导电油墨最大的下游是太阳能电池以及显示器件。未来包括触摸传感器及其电极、RFID以及电子纸张的应用也将同时保持增长。石墨烯导电油墨具有强大优势，发展前景看好。导电油墨属于填充型复合材料，是印刷与烧结处理后具有导电性能的油墨。石墨烯应用在油墨的优势主要有两点：一是兼容性强，石墨烯油墨可在塑料薄膜、纸张及金属箔片等多种基材上实现印刷；二是性价比高，与现有的纳米金属导电油墨相比，石墨烯油墨具有较大的成本优势。

由于石墨烯的良好性能，其制成的油墨具有电阻小、导电性强以及光学透明性高等特点，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。随着石墨烯的生产技术成熟、成本降低，石墨烯导电油墨将逐渐占据市场份额。预计到2020年导电油墨领域石墨烯应用市场规模达到2亿元左右。

2.防腐涂料

防腐涂料是现代工业、能源、海洋等领域应用广泛的一种涂料，可通过涂层的屏蔽作用、缓蚀作用和阴极保护作用来防止基体腐蚀。目前国内防腐涂料消费量近200万吨，占世界防腐涂料总消费量的41%以上。我国防腐涂料需求主要集中在船舶、石油化工、桥梁、集装箱等领域。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保护作用。近年石油化工、铁路交通、新能源、基础设施建设等更是蓬勃发展，为防腐涂料提供了广阔的市场空间。石墨烯新型防腐涂料，已于2016年1月在燕园众欣纳米科技（北京）有限公司研发成功并通过相关检测机构检测，目前公司正在筹备建设涂料厂，实现石墨烯下游应用的成果转化。未来石油化工、铁路交通、新能源、基础设施建设等更是蓬勃发展，为防腐涂料提供了广阔的市场空间。预计到2020年防腐涂料领域石墨烯应用市场规模达到5~8亿元，希望能为石墨烯涂料市场贡献自己的一份力量。3.超级电容

超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的电化学储能装置，优势在于容量大、功率密度高、循环寿命长等，特别适合于电动汽车、电源系统、便携式电子设备等应用。而能量密度低则是超级电容一大瓶将，如果采用单层石墨烯薄膜制备电极，可以大大提高能量密度，保持电极的多孔性特征。从目前所了解到的技术进展看，石墨烯有望提升电容器的能量密度10倍以上，将大大改变目前超级电容性能上的不足。据报道，2016年中国超级电容器市场规模将突破30亿元，预计2020年中国电容器市场规模将超过60亿元。石墨烯超级电容器市场前景广阔。

4.传感器

石墨烯的成功问世，加速了传感器的更新换代。石墨烯传感器尺寸小、精度高。纳米级别的传感器与普通传感器相比，具备多种独有的微观性质，显著拓宽了传感器的应用领域。石墨烯传感器可广泛应用于生物、化学、机械、航空、军事等方面。石墨烯传感器主要包括纳米磁敏传感器、纳米生物传感器和纳米光纤传感器。石墨烯传感器尺寸主要取决于探针针头大小，传感器尺寸可显著减小，同时感应时间大大缩短，满足微观高精度测量需要。随着工业生产和环境监测的需要，石墨烯气敏传感器的研发获得了长足的进展，加速了石墨烯商业化应用。5.可穿戴技术

可穿戴技术可能是当今科技产业里最为多产的潮流，它改变着我们的工作环境，也改变着我们的生活方式。小型化、可折叠、柔性是可穿戴技术的难点和重点。随着消费电子的飞速发展，可穿戴技术越来越多的出现在人们的生活里，当前可穿戴技术最火的应用是健身和个人保健，由于石墨烯本身优良的性能，更加突出了产品的小型化和柔性的特点，不久的将来，可穿戴技术将更多进入到我们的日常生活中。石墨烯具有无限广阔的应用前景，虽然现在还是潜在阶段，普遍应用与产业化还没打开局面，石墨烯的下游应用是产业发展的关键所在，但是从科学预测的角度来看，已经成为不可忽视的重点领域。比如，它可替代和解决传统锂电池充电速度慢、蓄电能力差、寿命短等弊端，可解决电动汽车发展的关键难题，是新能源电动汽车蓬勃发展；再比如可以代替硅，制造计算机；代替ITO透明导电膜，应用于触摸屏、太阳能电池等电子工业领域；还可应用于海水淡化、生物材料、移动电话等。石墨烯创造的需求极有可能掀起一场颠覆性的新技术产业革命。从全球发展趋势来看，谁都不愿意丧失石墨烯发展带来的重大机遇。

石墨烯是未来高新技术产业竞争的战略制高点。据报道，石墨烯国家标准2017年发布，又将石墨烯的发展推到了一个新的高潮。明年标准的出台，有利于营造一个良好的产业发展环境；促进产业的可持续健康发展；让产业有一定的集中度，形成有序竞争。石墨烯的发展关键还是要靠科学家的不断探索。

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