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石墨烯：性能强大的新材料之王

石墨烯简介：性能出色的二维碳纳米材料

石墨烯是年用微机械剥离法从石墨中分离出的一种由碳原子以sp杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，英文名为Graphene，为一层碳原子构成的二维晶体。石墨烯与其他有机高分子材料相比，有比较独特的原子结构和力学特性，它的σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构，且每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键，因而具有优良的导电和光学性能。石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为Gpa，是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，被誉为“新材料之王”、“黑金”。

石墨烯按照层数可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。按照功能化形式可以分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等。按照外在形态、又可分为片、膜、量子点、纳米带或三维状等。

石墨烯特点：具有优异的力学和光电热性能

石墨烯具有超强导电性、良好的热传导性、良好的透光性、溶解性、渗透率、高柔性和高强度等出色的材料特性。正因为这些性能，使它可应用领域非常广泛，主要集中在基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领域。

石墨烯产业链趋于完善，下游需求领域不断拓展

石墨烯产业链结构完善，下游应用领域广泛但仍需探索

石墨烯材料本身表现出优异的性能，其下游应用领域非常广泛，可应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面，且在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。石墨烯上游为石墨、下游主要应用领域为新能源电池、涂料、柔性屏和传感器等领域。

原材料石墨储量居世界前列，需求有所下降

石墨烯产业链上游的原料为石墨，中国是全球最大的石墨生产国，但可开采储量仅为全球第二，占世界总储量的25%，静态可开采年限仅为年，在全球主要的石墨生产国中，仅高于挪威。

我国石墨资源储量与产量均占世界主要地位，在原料方面遥遥领先。年全球天然石墨产量为万吨，近两年全球天然石墨产量有所下降，年全球天然石墨产量在93万吨左右。

我国天然石墨产量在年达63万吨，占世界总产量的68%，另外人造石墨产量约为13.8万吨，石墨行业全球范围内产量减少，原材料供应相应减少，这需要对石墨烯中游制备提出更高的要求。

石墨烯制备方法多样，大规模量产难度较大

石墨烯产业链中游主要为石墨烯的制备。石墨烯的制备分为两种：（1）“自上而下”：从石墨块原材料出发，将单层或几层原子厚度的石墨烯层从石墨块中剥离出，例如“液相剥离法”、“机械剥离法”等；（2）“自下而上”：从碳原子或碳化合物分子结构出发，如CH4C2H2等，利用晶体生长重新排列出石墨烯，例如“化学气相沉积法”、“小分子化学合成法”、“外延生长法”等。

不同制备方法获得的石墨烯在品质和成本上差异较大，与之相关的产品的适用领域也有一些差异。石墨烯粉体主要由球磨剥离法、液相剥离法和氧化还原法等制备，其中氧化还原法制备的石墨烯粉体层数最少，是目前最常采用的方法。石墨烯薄膜主要由气相沉积法和外延生长法等制备，其中化学气相沉积法可以制备大尺寸的石墨烯薄膜，是目前被认为最有希望实现石墨烯薄膜大规模制备的方法。

下游需求：应用领域不断拓展，市场规模持续增长

全球石墨烯行业市场规模呈稳步增长态势。年全球石墨烯行业市场规模为77亿美元，复合增长率为45.89%，据预测，未来两年石墨烯将保持约为20%的增速。

中国石墨烯市场规模近年来快速增长，年达亿元，预计年将超过亿元，年复合增长率约为60%。近几年来看，中国石墨烯市场规模约占全球石墨烯总市场规模的30%，并有逐年提高的趋势。

石墨烯的研究与应用开发持续升温，石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。鉴于石墨烯材料优异的性能及其潜在的应用价值，在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。

石墨烯下游应用主要分为两个方面：第一是石墨烯粉体下游应用，第二是石墨烯薄膜下游应用。其中石墨烯粉体可应用在新能源电池、复合材料、锂电池等方面，石墨烯薄膜可应用在柔性显示屏和传感器等方面。

我国石墨烯目前应用最广泛的下游领域是新能源相关领域，是行业超高增长的主要驱动者。年石墨烯在新能源超级电容与锂电池导电剂领域市场规模在50亿元左右，占全国市场份额的71.4%，其中，石墨烯在防腐涂料、复合材料、生物传感器等领域的应用也占额较多且备受

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