石墨烯（Graphene）是从石墨材猜中剥离出来、由碳原子组成的只要一层原子厚度的二维晶体。2004 年，英国曼彻斯特大学科学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫从石墨中剥离出了石墨烯，打破了理论物理学界半个世纪以来关于石墨烯无法安稳存在的定论。
石墨烯一起的电学功用、力学功用、热功用、光学功用和较高的比外表积，使其一经发现便遭到人们的广泛重视，被誉为“黑金”、“改动 21 世纪的奇特资料”、“全能资料”等，它的发现者也因而于 2010 年取得诺贝尔物理学奖。
方针助力，工业化脚步悄然加快
1、国家大力支持的新兴工业
石墨烯各方面优异的特性显现出巨大的使用潜力与商业化价值，各国政府先后发布方针投入人力物力，展开石墨烯的使用与研发。
我国对石墨烯范畴的研讨与开发也较早就给予了重视。2007-2012 年，我国国家自然科学基金委员会对石墨烯项目累计赞助经费到达 3.30 亿元，科技部和我国科学院对石墨烯的累计赞助经费别离到达了 5915 万元和 4605 万元。十二五规划、十三五规划等一系列文件都将石墨烯归入大力展开的新资料范畴。
2、石墨烯专利持有我国名列前茅
在国家战略指引下，石墨烯相关研发作用呈现出爆发式增加，2005 年至 2014 年，全球关于石墨烯的专利共有 25，855 项，其间 2014 年有超越 9000 项请求。我国对石墨烯的研讨和开发与世界一向坚持同步，并在石墨烯技能研发方面处于世界前列，石墨烯研发和专利持有已在全球占有一席之地，到 2014 年，我国石墨烯请求专利占全球总专利数的 47%，遥遥抢先于第二名的美国（占比 18%）。此外，截止到 2015 年 8 月，我国在石墨烯范畴宣布文章占全球的 34%，远高于第二名美国（19%）。但一起也应看到，我国的石墨烯专利数量虽多但质量较差，根底专利少、使用专利多，且大多会集在导电增加剂、防腐涂料等低端使用范畴，而美国、欧洲等则将首要方针瞄准高频晶体管、光电探测器以及传感器等高端使用范畴。
3、工业化进入快车道
工业化方面，2013 年包含华为、东旭光电在内的干流企业与清华大学等科研机构一起建立了“我国石墨烯工业技能创新战略联盟”（CGIA），以构建产学研一体化渠道，一起推进石墨烯的工业化展开。在地方政府的支持下，宁波、常州、无锡、青岛、重庆五地建立石墨烯工业园区，会集展开石墨烯工业，无锡市方案在 2015 年石墨烯及相关工业规划打破 50 亿元，2020 年到达 300 亿元。宁波市方案在三年内建立 9000 万的财政资金，并在 10 年内打造千亿级规划的工业特征群。此外，江苏、内蒙古、山东等地相继建立石墨烯联盟，旨在促进政、企、产、学、研相结合，构建以石墨烯原资料、研发、制备、使用为主体的工业链。各方的一起推进使我国石墨烯工业化进程进入快车道，石墨烯工业呈现出蓬勃展开的气势，第六元素、宁波墨西、重庆墨希、二维碳素等优异石墨烯企业不断涌现。
工业化大幕摆开——低端范畴现已切入，高端范畴未来可期
1、制备：石墨烯粉体及多晶薄膜已初具规划，单晶薄膜有待打破
自 2004 年石墨烯被初次制备以来，研讨人员展开了多种办法制备石墨烯，各类制备办法可概括为 2 个干流道路，即自上而下（Top-Down）和自下而上（Down-Top）的办法。前者通常以石墨为质料，选用物理或化学的办法将石墨解离成单层或多层的石墨烯，制成的石墨烯单晶一般尺度较小，以微片方式存在。包含机械剥离法、液相剥离法、氧化还原法等；后者通常以含碳气体或固体化合物为质料，经过化学办法使用碳原子构建石墨烯。除此之外，还有一些比较特殊的出产办法如碳纳米管展开法、分子自拼装法等。现在，高质量大面积石墨烯单晶的制备还处于探究阶段，不同制备办法得到的石墨烯，其物理化学特性不一样，对应着不同的使用范畴。
2、我国石墨烯制备的工业化现状
低端范畴出产现已初具规划。现在，国内部分厂家如第六元素、宁波墨西、重庆墨希、二维碳素等厂家现已完成了氧化还原法或液相剥离法石墨烯粉体以及 CVD 法石墨烯薄膜的规划化出产。依据不完全统计，现在我国石墨烯粉体产能合计3450 吨/年，石墨烯薄膜产能 105 万平米/年，但现在出产的石墨烯质量较差，仅能满意涂料、锂电池增加剂、复合资料增加剂、触摸屏等低端范畴的需求。
高端范畴出产短期内较难打破。高速电子器材、光电探测器等高端范畴需求大面积高质量的石墨烯单晶，与一般多晶态石墨烯薄膜比较，单晶石墨烯薄膜制备反常困难，现在只能做到毫米级巨细，与可实用化的晶圆级巨细仍有适当间隔，短期内较难打破，化学气相堆积法是最具开发潜力的制备技能。
3、使用：低端需求逐步翻开，高端范畴受制于高质量石墨烯的制备
跟着批量化出产以及大尺度薄膜制备等难题的逐步打破，石墨烯的工业化使用脚步正在加快，现在锂离子正极资料导电增加剂、导热资料、塑料增加剂、导电油墨等低端使用范畴行将进入或现已完成工业化。我国石墨烯工业正逐步由工业化初期步入快速成长期。
4、石墨烯下流使用工业化现状
低端需求开端翻开。受制于石墨烯的规划化制备，现在仅导电墨水、锂电池增加剂、涂料及复合资料增加剂、触摸屏等低端使用范畴的需求开端翻开。
1）锂电池方面使用
石墨烯作为导电增加剂还能够处理钴酸锂等正极资料高压实比与电池功用之间的对立问题，选用石墨烯导电剂的钴酸锂电池容量高出 3%，且具有显着更好的 2C 倍率放电功用。石墨烯还可涂覆在铝箔集流体上，构成石墨烯功用涂层铝箔有助于进一步提高锂电池的归纳功用。跟着宁波墨西科技有限公司石墨烯涂层铝箔试出产线的建成，此项新技能有望在锂离子电池中得到广泛使用。
值得一提的是，作为增加剂，石墨烯只是增强了正极资料的导电性，并没有改动电极资料的比容量，因而不会大幅增加锂电池的能量密度。要想大幅增加锂电池能量密度，需选取具有更高比容量的电极资料。现在，多篇已宣布论文称使用 石墨烯- 硫或石墨烯- 硅作为锂电池的正负极可大大增加锂电池的能量密度，但此类电池现在还处于实验室阶段，间隔工业化使用还需较长时刻。
2）石墨烯导热资料
石墨烯具有极高的热导率和热辐射系数，一起比外表积巨大，因而作为辅佐散热的外表涂层具有巨大的使用远景。使用石墨烯可制成具有高导热系数的石墨烯散热片/膜，使用于手机、电脑等电子产品以及高功率 LED 芯片中，以增强器材功用，延伸其作业寿数。此外，作为增加剂还可使用石墨烯制成石墨烯改性的复合资料，如热导纤维和导热塑料等。该技能范畴商场巨大，在我国的电子和工程范畴有火急的商场需求，技能难度小、工艺相对老练，有快速进入商场的时机。
3）石墨烯导电塑料和油墨
石墨烯可作为新式导电油墨和塑料的主填充料，也可与纳米银粉等混合配制成新式导电浆料或油墨，经过改动石墨烯的填充份额，可调理导电油墨的电阻率和附着功用。美国 Vorbek 资料公司的石墨烯导电油墨现已在物联网隐形条形码技能中开端使用。我国物联网商场巨大，远景诱人，以增加石墨烯为主的导电塑料能够在防静电使用范畴得到大力推广，工艺简洁、本钱低价、作用显着。
4 ）石墨烯防腐涂料
石墨烯一起的二维结构使得它既能够在涂层中构建导电导热通道，又能够相互拼接构成紧密的迷宫式物理屏障，阻隔腐蚀因子。因而，石墨烯涂料具有导电、导热、防腐、电磁屏蔽等多种功用。别的，石墨烯微片能够增强涂层的附着力，使涂层具有优秀的耐磨和耐刮擦功用。因而，石墨烯涂料在飞机、船只、车辆、桥梁、建筑物、集装箱、油罐、等范畴具有使用远景。
5 ）石墨烯电容屏
石墨烯薄膜最早完成商业化使用的范畴是触摸屏范畴，用于代替传统的 ITO（氧化铟锡）薄膜。2012 年 1 月 8 日，江南石墨烯研讨院、常州二维碳素科技公司联合相关企业经过研讨完成了石墨烯薄膜资料和现有 ITO 模组工艺线的对接，全球初次成功制成石墨烯电容屏手机样机。2015 年 3 月 2 日，重庆墨希科技有限公司与嘉乐派科技有限公司联合发布了全球第一批 3 万部石墨烯手机，该款手机选用了最新研发的石墨烯触摸屏、电池和导热膜，敞开了石墨烯工业化使用的新时代。
工业行将进入快速成长期，未来商场规划巨大
未来 5-10 年，导电增加剂、防腐涂料、触摸屏等低端使用范畴的工业化将趋于老练，超级电容、传感器、电子芯片等中高端范畴也将逐步进入工业化，石墨烯工业将进入快速成长期，商场空间将快速扩展。
据预测，2018 年全球石墨烯商场规划或许高达 1.95 亿美元，之后将加快展开，于 2023 年超越 13 亿美元，复合增加率高达 47%。2023 年石墨烯下流首要商场范畴包含超级电容、显现、结构资料等。
