從制作鉛筆芯的主要材料石墨中，能剝離出只有一層原子厚度的石墨烯。這是被譽為“黑金”的新材料，最薄卻最堅硬，可制作復合材料和涂層，主要應用在汽車、建筑、電池、航空等領域。近日，由中國科學技術協會科學技術傳播中心和北京市科學技術協會共同主辦的“產業前沿技術大講堂”開講，凝聚態物理學家、中科院院士高鴻鈞表示：盡管我國生產石墨烯的原料，即石墨的儲量占全球的41.98%，但我國的石墨烯批量化生產和應用尚未實現，還存在技術轉化能力弱、工裝控制精度低、質量性能波動大等問題。

2015中國國際石墨烯創新大會上展示的石墨烯分子結構。解豪攝/光明圖片

1. 吸引全球近300家知名公司研究

從石墨中剝離出來的石墨烯，是由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈˙蓋姆和康斯坦丁˙諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯被譽為“新材料之王”，是新材料領域的“黑金”，具有極端的物理性能，是目前世界上最薄卻也是最堅硬的納米材料。

據不完全統計，全球有近300家知名公司涉足石墨烯研究，如IBM、英特爾、陶氏化學、通用、杜邦等，大量的核心專利被國外高校和企業掌握著。其中，韓國三星、美國IBM、日本東芝、韓國科學技術研究所、韓國成均館大學等企業和高校具有較高的影響力。

綜合國內外各機構的分析結果來看，未來5年—10年將是全球石墨烯產業的高速發展期，各行業對石墨烯的需求將不斷增加。石墨烯未來主要的應用領域為復合材料和涂層，集中在汽車、塑料、涂層、建筑、金屬、電池、航空以及能源和儲能等領域。

據高鴻鈞介紹，國內在這一領域的研究多集中在高校和中國科學院，有80多所大學和研究機構涉足石墨烯，但國內企業在專利數量方面遠遠落后于三星、IBM等國外企業，石墨烯研發過程中企業的主體作用亟待進一步加強。另外，國內研究多集中于bottom-up方法制備、鋰離子電池中的應用、石墨烯復合材料方面，但在半導體器件方面實力較弱，產業布局也需要進一步優化。

浙江大學用石墨烯制造出“碳海綿”，可放在櫻花上，是世界上最輕的固體。龍巍攝/光明圖片

2. 技術焦點從制備轉向如何使用

2010年后，全球石墨烯相關論文和專利數量呈井噴式增長。根據切薩布魯夫技術生命周期理論，石墨烯產業仍處于技術成長期，且技術演化趨勢正由石墨烯制備工藝向具體應用領域轉變。

從1991年開始至今，全球共發表石墨烯相關SCI論文13.77萬篇以上。其中，中國、美國、韓國和日本發布論文數量位居全球前四名，占比分別為34.2%、18.9%、7.5%和5.4%。

高鴻鈞介紹說，從1994年開始至今，全球有超過1.25萬件石墨烯相關專利。從技術原創國專利申請數量來看，中國、韓國、美國、日本申請的專利量位居全球前四，占比分別是50%、14%、6%和6%，中國石墨烯相關專利量具有絕對優勢。但從各原創國的技術申請范圍看，韓國、美國和日本都在積極進行專利全球布局，而我國在這一領域的海外專利布局卻較為薄弱，亟待進一步加強。

從石墨烯專利技術申請領域看，2013年之前，石墨烯相關研究領域主要集中在制備領域。隨著制備技術的完善與成熟，石墨烯專利申請開始向下游應用拓展，并開拓出新的領域——2013年至2015年間，全球新增大量關于復合纖維、涂層、功能薄膜、水處理等新興領域的石墨烯技術專利申請，其中石墨烯復合材料的專利申請幾乎翻倍，而制備技術專利的申請比例則降低。

3. 點“石”成“金”還需加強產業應用

石墨烯產業上游為石墨烯資源，中游為石墨烯薄膜與粉體制作等環節，下游為石墨烯應用環節，也是附加值更高、發展空間更廣闊的環節。

全球現在已探明的天然石墨儲量約為1.31億噸，儲量居前四位的國家分別為巴西、中國、印度和墨西哥，合計占全球總儲量的97.77%。其中，中國儲量約為5500萬噸，占全球儲量的41.98%。因此我國在石墨烯產業上具有天然的原料優勢。

目前，我國石墨烯材料正處于從實驗室走向產業化的關鍵時期。在儲能器件、改性材料、智能穿戴等領域的研究及應用已取得了重大突破。但受生產技術成熟度不高、產業化應用路徑長等因素制約，石墨烯批量化生產和應用尚未完全實現，還存在技術轉化能力弱、工裝控制精度低、質量性能波動大、生產成本比較高、標準化建設滯后、商業應用領域窄等問題。

據高鴻鈞介紹，國際上對石墨烯的定義是1層—2層的納米薄片才能稱之為石墨烯，而只有沒有任何缺陷的石墨烯才具備各種強大特性。然而，我國石墨烯相關技術的研發主體是大學和科研機構，企業的研發力量薄弱且分散，而且目前國內大多科研機構和高校追求的是“高質量、大面積、單層”的完美石墨烯形態，較少關注下游的產業應用。科研與應用之間的嚴重脫節，導致國內市場出現了重上游輕下游、重科研輕應用的現象。如此一來，非常不利于石墨烯技術的跨越式發展。隨著石墨烯研究的深入發展，其應用領域也將不斷拓展，這是一個擁有著巨大潛力的產業，但想要真正在國內尋求產業突破，還要大力提升科技和產業創新融合的能力。