本文核心關鍵詞:石墨烯歷程、石墨烯市場容量、石墨烯企業(yè)、石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈、石墨烯政策規(guī)劃、石墨烯前景趨勢
一、石墨烯概述
發(fā)現(xiàn)石墨烯的故事需要從石墨的結構說起。從晶格層面看石墨是三維層狀結構,層內(nèi)碳原子之間以共價鍵的形式連接,鍵長為0.142nm,作用力非常強,而層與層之間的間隔為0.335nm,以范德瓦爾斯力結合,范德瓦爾斯力并不是鍵合作用,相比共價鍵其作用力非常弱,因此石墨層與層之間可以很容易的滑動,這是石墨是一種很好的高溫潤滑劑的原因,也是它被用來做鉛筆芯的原因。
石墨烯僅有一層原子厚,通過理論計算,其比表面積高達2630m2/g,可以媲美活性炭,但活性炭是無定形炭,導電性能要遠遠差于石墨烯。組成石墨烯的碳原子有4個最外層電子,其中的3個通過sp2雜化鍵構成平面正六邊形結構堆砌成石墨烯平面,剩下的一個電子形成半滿的大π鍵,從而形成一個覆蓋整個平面的自由電子氣,這也就是上邊所說的石墨烯中碳原子之間的雙鍵不是簡單的雙鍵,因而載流子在石墨烯中的輸運十分迅速,其遷移率可高達200000cm2/v·s,并且石墨烯內(nèi)部的載流子遷移類似于彈道輸運,所以甚至在存在摻雜或者缺陷的情況下,載流子遷移率仍能達到極高的數(shù)值,因此其電阻率比銀和銅都小。由于石墨烯獨特的能帶結構和電子輸運特性,通過理論計算正入射光透過單層石墨烯的透過率約為97.7%,實驗證明也確實如此。石墨烯中碳碳鍵能比較高,利用原子力顯微鏡(AFM)對石墨烯的強度的研究表明,其楊氏模量能達到1.0TPa,是鋼材強度的200倍。石墨烯的導熱系數(shù)高達5300W/m·K,高于碳納米管和金剛石。最后由于碳原子的化學穩(wěn)定性高,石墨烯抗酸抗堿性能也極優(yōu)越。
二、石墨烯分類
石墨烯分類方式主要包含兩種,一種為按照層數(shù)分類,一種按照產(chǎn)品形態(tài)分類。
按照產(chǎn)品層數(shù),石墨烯可以分為單層、雙層以及多層產(chǎn)品。單層石墨烯是指由一層以苯環(huán)結構周期性緊密堆積的碳原子所構成的二維碳材料;雙層石墨烯是指由兩層以苯環(huán)結構周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式所構成的二維碳材料;多層石墨烯是指由三到十層以苯環(huán)結構周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式所構成的二維碳材料。
石墨烯的分類(按層數(shù))
資料來源:智研咨詢整理
根據(jù)產(chǎn)品形態(tài),石墨烯產(chǎn)品可分為石墨烯粉體和石墨烯薄膜,這是石墨烯材料的兩種主要形式。前者多摻雜在其他材料中,用于涂料和鋰離子電池領域。石墨烯薄膜廣泛應用于透明、導電和柔性設備,具有廣闊的前景。
石墨烯分類(按形態(tài))
資料來源:智研咨詢整理
三、石墨烯制備方法
發(fā)現(xiàn)石墨烯時所用的膠帶撕取石墨的方法后來被稱為機械剝離法,這種方法制備的石墨烯雖然尺寸很小,通常在微米級,并且找的過程十分枯燥,但它制備的石墨烯晶體結構最好,是研究石墨烯基礎性質(zhì)的最佳樣品,相當一段時間內(nèi)(2004年-2008年)是實驗室制備石墨烯的最主要的方法。后來,隨著研究的進展,不斷有新的方法被開發(fā)出來,樣品形態(tài)也逐漸分化成溶液、粉體和薄膜,溶液、粉體的主要制備方法是還原氧化石墨法,而薄膜的主要制備方法是化學氣相沉積法(CVD)和外延生長法。
石墨烯制備方法的對比
資料來源:智研咨詢整理
本文內(nèi)容摘自智研咨詢發(fā)布的《中國石墨烯行業(yè)市場全景評估及發(fā)展趨勢研究報告》
四、全球石墨烯行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計
自問世以來,石墨烯的研發(fā)和市場應用在全球范圍內(nèi)持續(xù)增加。美國在2008年宣布了3300萬美元的投資計劃;2012年至2018年,韓國原知識經(jīng)濟部提供了2.5億美元的支持;歐盟2013年簽署石墨烯旗艦計劃,一期投資額達到5400萬美元; 而中國石墨烯制造創(chuàng)新中心2017年投資超過1.7億美元。在政策方面,全球多個國家都設立了石墨烯產(chǎn)業(yè)研發(fā)基金及相關配套政策。在這種情況下,石墨烯的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化受到了全世界的高度關注和重視。2019年以來,雖然進入石墨烯領域的專利發(fā)明人數(shù)量仍迅速增長,但是專利新增量開始出現(xiàn)下降趨勢,這說明石墨烯相關技術正在由技術成長階段向技術成熟階段過渡。智慧芽的統(tǒng)計顯示,2022年全球石墨烯相關當年專利申請量為13159個。
2016-2022年全球石墨烯相關專利申請量
資料來源:智慧芽、智研咨詢整理
隨著全球石墨烯研發(fā)成果陸續(xù)進入市場,全球石墨烯市場規(guī)模開始快速擴張,尤其在涂料、消費電子以及新能源能源,石墨烯需求大幅增長,進一步帶動了全球石墨烯的市場規(guī)模,截至2022年全球石墨烯行業(yè)市場規(guī)模約99.39億美元。
2016-2022年全球石墨烯市場規(guī)模
資料來源:智研咨詢整理
五、中國石墨烯行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
相比發(fā)達國家,中國石墨烯行業(yè)起步較晚,至今主要經(jīng)歷了材料發(fā)現(xiàn)階段(2004-2012年)、產(chǎn)業(yè)形成階段(2013-2016年)、研究突破階段(2017年以來)三個階段。特別是自2017年以來,中國在石墨烯材料的研究領域不斷取得突破,如在實驗室內(nèi)制備出了最小尺寸的納米通道以及生產(chǎn)出了首款石墨烯基鋰離子電池充電寶等。得益于中國政府政策的支持和產(chǎn)業(yè)資金的持續(xù)投入,中國石墨烯研發(fā)水平逐步提高,已進入研發(fā)技術突破階段,中國石墨烯相下游中高端產(chǎn)品的種類在這一時期也呈現(xiàn)增長態(tài)勢,石墨烯超級電容、石墨烯電子器件以及石墨烯柔性膜等產(chǎn)品相繼問世。
石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程
資料來源:智研咨詢整理
中國部分石墨烯企業(yè)已能實現(xiàn)石墨烯產(chǎn)品(包括石墨烯粉體、石墨烯薄膜)規(guī)?;a(chǎn)線的投產(chǎn)。在政策鼓勵推動下,中國石墨烯行業(yè)市場景氣度提升,企業(yè)數(shù)量逐年增加,行業(yè)競爭愈發(fā)加劇。具體來看,中國石墨烯產(chǎn)業(yè)在業(yè)企業(yè)數(shù)從2010年的738家增長至2022年的14682家。同時,石墨烯的下游應用企業(yè)比例在逐步上升,石墨烯的市場化在逐步展開,石墨烯市場化成果帶來的新一波熱潮正在襲來。
2013-2022年中國石墨烯產(chǎn)業(yè)在業(yè)企業(yè)數(shù)統(tǒng)計圖
注:1)僅統(tǒng)計關鍵字為“石墨烯”,且在存續(xù)期的企業(yè);2)統(tǒng)計截至2022年12月31日;3)統(tǒng)計企業(yè)所屬行業(yè)為“制造業(yè)”“科學研究及技術服務”。
資料來源:企查查、智研咨詢整理
2019年中國石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模達163億元(下游應用制品市場規(guī)模),2021年市場規(guī)模增長至261億元,2022年中國石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模在335億元左右。近幾年來看,中國石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模已占全球的30%以上,并逐年提高。
2016-2022年中國石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模走勢圖
資料來源:智研咨詢整理
從相關產(chǎn)業(yè)看,2016年中國石墨烯粉體市場規(guī)模為8739萬元,2022年中國石墨烯粉體市場規(guī)模增長至64635萬元。
2016-2022年中國石墨烯粉體市場規(guī)模走勢圖
資料來源:智研咨詢整理
2016年中國石墨烯薄膜市場規(guī)模為821萬元,2022年中國石墨烯薄膜市場規(guī)模增長至6590萬元左右。
2016-2022年中國石墨烯薄膜市場規(guī)模走勢圖
資料來源:智研咨詢整理
據(jù)統(tǒng)計2016年中國石墨烯材料市場規(guī)模為9560萬元,2022年中國石墨烯材料市場規(guī)模增長至71225萬元。
2016-2022年中國石墨烯材料市場規(guī)模走勢圖
資料來源:智研咨詢整理
六、國內(nèi)外石墨烯產(chǎn)業(yè)市場競爭格局
全球石墨烯及相關產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)主要有美國的Angstron Materials、Vorbeck Materials、XG Science、Carbon Science、Graphene Frontiers、CVDequipment等,英國Applied Graphene Materials、Graphene Industries等,,韓國的Graphenen Square、三星電子等,以及日本東麗、東芝、索尼產(chǎn)研和信越化學等公司。
國外主要石墨烯企業(yè)產(chǎn)品及應用
資料來源:智研咨詢整理
中國石墨烯產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)的競爭態(tài)勢為國外企業(yè)技術領先,國內(nèi)企業(yè)制造領先。石墨烯行業(yè)競爭格局中第一梯隊由貝特瑞、方大碳素、碳元科技、沃特新材料等營收規(guī)模較大,已經(jīng)擁有完整的石墨烯生產(chǎn)線并且實現(xiàn)規(guī)?;?jīng)營的龍頭上市企業(yè)組成,該類公司在國內(nèi)國外均有較為成熟的銷售網(wǎng)絡,市占率較高。第二梯隊主要常州第六元素、二維碳素、寧波墨西、南京先豐納米吉倉納米等進入行業(yè)較早,擁有較強的研發(fā)能力和全國范圍的銷售網(wǎng)絡的代表企業(yè)。該類企業(yè)依托國內(nèi)的政策支持,人才回流等紅利,有較強的研發(fā)能力,未來發(fā)展?jié)摿^大。第三梯隊其他中小型石墨烯生產(chǎn)制造公司,該梯隊中企業(yè)較多,市占率均不高,競爭格局較為分散。
中國石墨烯行業(yè)競爭格局
資料來源:智研咨詢整理
七、石墨烯行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈圖譜
從整個石墨烯產(chǎn)業(yè)來看,主要涉及原料(石墨礦)、設備、生產(chǎn)(包括中間產(chǎn)品)、應用這四個領域,其中石墨烯的生產(chǎn)和應用為產(chǎn)業(yè)鏈上最為核心的兩個環(huán)節(jié)。
上游材料方面,中國的石墨礦產(chǎn)儲量排在世界第一。中國目前已建設六大礦產(chǎn)區(qū),分別在內(nèi)蒙辦、黑龍江、山東、湖南、和吉林。中游石墨烯方面,中國雖然產(chǎn)量和出口量常年位于世界之首,但其石墨烯制備技術距離世界頂尖水平還有些距離,下游應用方面,目前,石墨烯主要應用領域在新能源、復合材料等領域。
石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈
資料來源:智研咨詢整理
上游方面,中國是全球最大的石墨生產(chǎn)國,近年來中國天然石墨產(chǎn)量平穩(wěn),初步統(tǒng)計2022年產(chǎn)量121.4萬噸。
2016-2022年中國天然石墨產(chǎn)量
資料來源:智研咨詢整理
石墨烯的潛在應用非常廣泛,被認為幾乎涵蓋材料科學的各個領域:在電子方面的應用,基于載流子遷移率極高,可以取代硅做晶體管等;在光學方面的應用,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),可以做超級電容器等;復合材料方面,基于其機械強度、導熱、抗腐蝕等方面的性能,可以和金屬、樹脂、涂料等復合來提高它們的強度、導熱能力和防腐性能等。
2022年中國石墨烯應用領域構成
資料來源:智研咨詢整理
目前我國已經(jīng)成為全球最大電容器市場,行業(yè)規(guī)模保持穩(wěn)定增長,增速持續(xù)高于全球規(guī)模增速。數(shù)據(jù)顯示,2022年我國電容器市場規(guī)模已達1268億元,在全球市場中的比重高達77.3%,增速為3.1%。
2016-2022年中國電容器市場規(guī)模
資料來源:智研咨詢整理
八、中國石墨烯行業(yè)政策規(guī)劃
石墨烯已上升為國家戰(zhàn)略級產(chǎn)業(yè),各級政府和有關部門根據(jù)國家總體規(guī)劃紛紛出臺各地配套政策與措施,推進石墨烯科技研究與產(chǎn)業(yè)化進程。政策的推進有助于這個石墨烯行業(yè)從興起走向高速發(fā)展,未來預計產(chǎn)業(yè)規(guī)模將進一步擴大。
石墨烯相關行業(yè)政策規(guī)劃
資料來源:智研咨詢整理
九、中國石墨烯行業(yè)商業(yè)模式
石墨烯生產(chǎn)企業(yè)屬于工業(yè)生產(chǎn)企業(yè),其商業(yè)模式與一般工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)相似。在采購和生產(chǎn)環(huán)節(jié),石墨烯生產(chǎn)企業(yè)一般自行采購原材料,完成主要生產(chǎn)工序。在銷售環(huán)節(jié),石墨烯生產(chǎn)企業(yè)主要采取直銷與經(jīng)銷相結合的模式。直銷主要直接銷售給下游制造商,經(jīng)銷模式主要通過經(jīng)銷商渠道銷售給終端客戶。
十、中國石墨烯行業(yè)進入的壁壘和障礙
中國石墨烯行業(yè)進入壁壘
資料來源:智研咨詢整理
十一、中國石墨烯行業(yè)發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)
石墨烯因其獨特性能,自發(fā)現(xiàn)以來受到廣泛關注。當前,世界各國均已認識到石墨烯的廣闊應用前景,正在形成技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)投資的高潮。中國石墨烯產(chǎn)業(yè)在技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方面表現(xiàn)突出,但也仍然面臨技術問題、市場問題、成本問題等諸多挑戰(zhàn)。此外,石墨烯產(chǎn)業(yè)化之路還存在其他一些障礙。比如,石墨烯在某些性能方面本身也存在競爭性材料,如碳纖維、碳納米管、硅材料、石墨烯粉體等。石墨烯制備還存在著環(huán)境風險。氧化石墨烯制備過程中需要大量的酸、堿,材料本身具有較強的穩(wěn)定性和極易擴散,對環(huán)境具有較大的風險。
中國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響因素
資料來源:智研咨詢整理
十二、中國石墨烯行業(yè)前景趨勢和戰(zhàn)略建議
為了實現(xiàn)上、下游完整產(chǎn)業(yè)鏈的建立、實現(xiàn)資源共享、市場規(guī)范,我國成立了中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。在石墨烯制備領域,可實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)已經(jīng)初露崢嶸,降低石墨烯生產(chǎn)成本,將是石墨烯制備企業(yè)的重中之重。在應用領域,石墨烯已經(jīng)在電池、觸摸屏、電容以及涂料等領域表現(xiàn)出了較好的發(fā)展勢頭,而在醫(yī)療、淡水處理等領域的研發(fā)工作表明,石墨烯具有巨大的潛在應用前景。通過政府的引導,國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)有望夯實“產(chǎn)、學、研”一體化體系,建立完整的上、下游產(chǎn)業(yè)鏈,并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展。石墨烯作為具有廣泛應用前景的新興材料,將逐步發(fā)展成為我國的特色產(chǎn)業(yè),并將對相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到顯著的帶動作用。
中國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略建議
資料來源:智研咨詢整理
以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢(yhcgw.cn)發(fā)布的《中國石墨烯行業(yè)市場全景評估及發(fā)展趨勢研究報告》。智研咨詢是中國領先產(chǎn)業(yè)咨詢機構,提供深度產(chǎn)業(yè)研究報告、商業(yè)計劃書、可行性研究報告及定制服務等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務。您可以關注【智研咨詢】公眾號,每天及時掌握更多行業(yè)動態(tài)。


2025-2031年中國石墨烯行業(yè)市場全景評估及發(fā)展趨勢研究報告
《2025-2031年中國石墨烯行業(yè)市場全景評估及發(fā)展趨勢研究報告》共十六章,包含中國石墨烯行業(yè)領先個案分析,中國石墨烯行業(yè)發(fā)展前景分析,中國石墨烯行業(yè)投資戰(zhàn)略分析等內(nèi)容。



