1、石墨烯市場及行業分析報告報告編號:撰寫部門:撰寫人員:撰寫時間:資本運營總部報告 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark5 o Current Document 摘要1一、石墨烯簡介2（一）石舞的結構2（二）石舞的物理特性3二、石墨烯應用領域與市場潛力3（一）石舞基處理器運行速度將達1000GHz4（二）石舞提升鋰離子電池性能5（三）石舞推動超級電容器發展7（四）石舞可制成能夠折疊的顯示器8三、石墨烯產業現 狀9（一）各國的石面文獻發表量持續增加10（二）各觥極進行專利布局 11（三）目前彳亞還在量產摸索階段11（四）國內的供需情況15（五）石舞短時間內很難形成產

2、業化16資本運營總部報告 i摘要石墨烯是一種二維晶體，由碳原子按照六邊形進行排布，相互連 接，形成一個碳分子，其結構非常穩定。石墨烯是一種技術含量非常高、應用潛力非常廣泛的碳材料，在 半導體產業、光伏產業、鋰 離子電池、航天、軍工、新一代顯 示器等傳 統領域和新興領域都將帶來革命性的技術進步。石墨烯 憑借其特殊的 物理結構和特質，在多個領域都將帶來革命性的變革，一旦量產畢將 成為下一個萬億級的產業。然而，石墨烯目前仍處于研發階段，各國對于這個新興材料還處 于一個專利布局期，制備石墨烯的技術工藝不成熟，還沒有達到一致 性的品質，而且成品面積都非常小，不能適應工業化應用。由于還沒 有找到一種適合大

3、規模生產的方法和途徑，使得石墨烯目前售價非常 的高，國內的售價在2000元/克以上。石墨烯還沒有出現產業化動向，規模化的供給、需求以及產業鏈 均未形成。國內尚無上市公司生產 石墨烯，而號稱國內首家從事石墨 烯生產的廈門凱納石墨技術有限公司，年產量也僅為20-30克。對石墨 烯最大的需求也只是各大院校及科研機構的研究使用。綜上所述，石墨烯目前仍處于研發階段，且研發階段將持續一個 較長的時間，經歷較多的困難，未來的生產、銷售也具有不確定性。據 業內專家推斷，石墨烯在未來8-10年內形成產業化的可能性較小。資本運營總部報告 一、石墨烯簡介（一）石舞的結構2004年英國曼徹斯特大學白安德烈.海姆教授和

4、康斯坦丁 .諾沃肖 洛夫教授通過一種很簡單的方法從石墨薄片中剝離出了石墨 烯，為此 他們二人也榮獲2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯是一種二維晶體，由碳原子按照六邊形進行排布，相互連 接，形成一個碳分子，其結構非常穩定；隨著所隹接的碳原子數量不 斷增多，這個二維的碳分子平面不斷擴大，分子也不斷變大。單層石 墨烯只有一個碳原子的厚度，即0.335納米，相當于一根頭發的20萬分 之一的厚度，1毫米厚的石墨中將將近有150萬層左右的石墨烯。石墨烯是已知的最薄的一種材料，并且具有極高的比表面 積、超 強的導電性和強度等優點。圖1石墨烯分子結構（二）石舞的物理特性石墨烯是目前已知的最薄的一種材料，單層的石

5、墨烯只有一個碳 原子的厚度，這種厚度的石墨烯擁有了許多石墨所不具備的特性。導電性極強：石墨箱中的電子沒有質量，電子的運動速度超過了 在其他金屬單體或是半導體中的運動速度，能夠達到光速的1/300,正 因如此，石墨烯擁有超強的導電性。超高強度：石墨曷T物質中最軟的，其莫氏硬度只有1-2級，但被 分離成一個碳原子厚度的石墨 烯后，性能則發生突變，其硬度將比莫 氏硬度10級的金剛石還高，卻又擁有很好的韌性，且可以彎曲。超大比表面積：由于石墨烯的厚度只有一個碳原子厚，即0.335 納米，所以石墨烯擁有超大的比表面 積，理想的單層石墨烯的比表面 積能夠達到2630m2/g,而普通的活性炭的比表面 積為1

6、500m2/g,超 大的比表面積使得石墨烯成為潛力巨大的儲能材料。二、石墨烯應用領域與市場潛力石墨烯是一種技術含量非常高、應用潛力非常廣泛的碳材料，在 半導體產業、光伏產業、鋰 離子電池、航天、軍工、新一代顯 示器等傳 統領域和新興領域都將帶來革命性的技術進步。石墨烯尚未形成產業化，售價非常的高，目前國內的售價在2000 元/克以上，接近于黃金價格的十倍左右。石墨烯 憑借其特殊的物理 結 構和特質，在多個領域都將帶來革命性的變革，一旦量產畢將成為下 一個萬億級的產業。（一）石舞基處理器運行速度將達1000GHz多晶硅目前已經成為半導體產業的基礎原料，被大量應用于集成 電路的基質，有著微電子大廈

7、的基石”之稱。隨著制作工藝 的不斷提 升，目前硅基芯片的運行速度已 經達到了 GHz的級別。隨著技術的不斷進步，對于計算機運行速度的要求也不斷提高， 目前的硅基集成電路的發展受到了本身材料的限制，在室溫下硅基 處 理器的運行速度達到4-5GHz后就很難在繼續提高。石墨烯擁有比硅更高的載流子遷移率（即載流子在電場作用下運 動速度快慢的量度），是一種性能非常優異的半導體材料，電子在石 墨烯中的運行速度能夠達到光速的1/300,要比在其他介質中的運行 速度高很多，而且只會產生很少的熱量。使用石墨烯作為基質生產出 的處理器能夠達到 仃Hz （即1000GHz）。石墨烯未來很可能成為硅的 替代者，成為半

8、導體產業新的基礎材料。全球半導體晶硅的市場發展穩定，據半導體協會統計，2010年全 球電子多晶硅的需求量將在2500噸左右，未來兩年仍將保持每年8% 的穩定增長率。石墨烯集成電路技術成熟將會帶來一次新的革命。如果未來全球 每年有十分之一的高端 計算機有運用石墨烯基集成電路，替換多晶硅 所需要的石墨烯就需要250噸，按照目前市價2000元/克計算，石墨烯 在集成電力領域的潛在市場就達到了 5000億元以上。圖2 2001-201件全球電子類多晶硅需求量iliiilllllllll1KKO堪卬（二）石蜀提升鋰離子電池性能鋰離子電池已經成為當前用途最廣泛、前景最廣闊 的電池能源， 其結構由正極、負極

9、、隔膜和電 解液組成，隔膜一般使用聚乙烯薄膜, 電解質主要是高氯酸鋰等鋰鹽溶液構成。充電時，鋰離子從正極拖嵌，通過電解質和隔膜，嵌入到負極；放 電時則相反，鋰離子從負極脫嵌，通過電解質和隔膜，嵌入到正極中。鋰離子電池負極材料經歷了從焦炭類碳材料到石墨類碳材料的 發展，電池的性能得到了大幅的提升，石墨 類碳材料目前已經成為最 主流的負極材料。碳材料根據其結構特點可以分為石墨化炭、無定形炭和石墨炭。石墨烯作為一種從石墨中分離出來的新型碳 質材料，加入到鋰離子電 池中能夠大幅提高導電性。而且實驗 表明，將石墨烯應用于鋰離子電 池的負極材料中，具比容量可以達到540mAh/g以上，如果在其中參 入碳納

10、米管后，負極的比容量可以達到730mAh/g,而目前普通的人造 石墨負極的比容量只有370mAh/g,可見石墨烯作為負極材料能夠大 幅提高鋰離子電池性能。圖3各種鋰離子負極材料性能O10O200300400Oapactty (mAM/g)丸點NREL如片它非隨著世界各國對新能源汽車的大力推廣，未來對于鋰離子電池的 需求量也將保持持續增長的態勢；根據IEK的預測，2008-2013年全 球的負極材料的需求量將保持年均20%的增長率，至U2013年全球的 負極材料需求量將達到3.7萬噸以上。圖42008-2013年全球負極材料需求量石墨烯能夠大幅提升鋰離子電池性能，未來將在負極材料領域有 廣闊的市

11、場前景。鋰離子電池由提升自身性能的內在需求，這也是石 墨烯在負極材料中的應用形成了促進。未來有1%的鋰離子電池由使 用石墨烯負極材料的需求，那每年對于石墨烯的需求就在250噸以上（三）石墨推動超級電容器發展超級電容器是介于傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能 裝置，能夠在幾秒鐘內完成充電，其容量能夠達到幾百甚至上千法拉； 具有容量大、功率高、使用壽命長等特點。超級電 容器不同于電池，在 充放電時不會發生化學反應，電能的存儲或釋放都是通過靜電場建立 的物理過程完成的。超級電容器的結構和普通電容器類似，在兩極板中間添加了一個 隔膜，而且超級電容器的電極材料選擇的較為特殊。圖5普通電容器和超級電容

12、器結構口 sdri亡Minimi 旭 3EtecfroMe SenarHor碳材料是最早也是 應用最為廣泛的電極材料，目前使用的碳材料主要包括活性炭、活性碳纖維、炭氣凝膠等，這 些碳材料的基元都是 石墨烯。由于超級電容器是通過導體表明來存儲電荷，所以適合電子 聚集的有效表面積越大其容量就越大；而石墨烯具有超大的比表面 積, 單層石墨烯的比表面積能都達到2630 m2/g,是極為理想的超級電容 器儲能材料實驗表明使用石墨烯作為電極的超級電容器能夠產生相同體積電容器6倍以上的容量，大大提高了超級電容器的性能。目前全球超級電容器的應用領域主要集中在數 碼相機、電動車系統、變配電站、智能水表、太陽能發

13、電 和風能發電等領域；W技術發展的方向，未來超級電容器的市場規模將保持快速增長，特別是在一*國電于用區*/合 我工這尋岬田葬2010年全球超級電容的市場規模將達到50億元，并保持著20%的 增長速率。而石墨烯作為電極制成的超級電容器將在性能上有極大的 提高，未來隨著超級電容器的逐步推廣，石墨烯也將面臨巨大的市場 空間。（四）石舞可制成能夠折疊的顯示器目前的顯示器和觸摸屏等器件中的 導體材料，主要是使用的氧化 錮錫ITO材料。但由于ITO材料韌性相對較差，在折疊或是拉伸時可能 會影響現象的效果。石墨烯 由于由于其特殊的分子 結構而有非常高的 導電性，而且石墨烯幾乎完全透明；這兩種性質使得石墨烯本

14、身就是一種性能非常好的透明 導體材料，適合用于制作顯示器件。石墨烯的 另一個特性是具有高韌性，能夠拉伸20%而不斷裂。使用石墨烯作為 導體材料，能夠制成可以折疊、伸縮 的顯示器件。目前觸摸屏和液晶顯示器主流的透明導體材料是ITO材料，但 相比ITO材料，石墨烯擁有更高的強度和更好的韌性，作為透明導體 材料，能夠制成可以彎曲折疊的 顯示器件。圖7石墨烯制成的可折疊顯示器2011年全球僅觸摸屏所需要的ITO導電玻璃就近4500萬片，加 上公共查詢、醫療儀器和游戲機等方面的應用，預計2011年ITO導 電玻璃的市場容量在8500-9500萬片，石墨烯將具有很大的替 換空間。三、石墨烯產業現狀石墨烯目

15、前還處在研發階段，各國對于這個新興材料還處于一個 專利布局期，尚還沒有出現產業化動向，整個產業鏈也還沒有形成。 目前制備石墨烯的技術工藝不成熟，還沒有達到一致性的品 質，而且 成品面積都非常小，不能適應工業化應用。但高達2000元/克的產品價格和廣闊的市場前景更是讓各方對石墨烯研究一直沒有停止 過。（一）各國的石蠹文獻發表量持續增加全球針對石墨烯的研究都在進行，截至到2010年，全球共有8434 片相關的研究論文，共來自79個國家和地區。排名前十的國家發 表的 文獻量占總量的92.96%。美國在作為世界科學技術研究最發達的國 家，其石墨烯研究方面的文獻量達2683份，占總量的31.81%;我國

16、在 石墨烯研究文獻發表量為1201份，占比14.24%,位居全球第二位。顯 示出了我國在石墨 烯領域不居人后，積極布局的決心。圖8全球石墨烯文獻發表情況分布1 ”、I I、i ,. J I |I I .1 I.* rf1M 1 * Kr | t h Fr i ,：. e %：l . u ： t ”r f 4：i： .：（；. 11 i國際上石墨烯的研究論文主要分布在高分子物理學、材料科學以 及應用物理學等領域；研究的熱點主要在材料的導電性、導熱性、石 墨烯的制備研究及納米材料研究等方向。中國發表的石墨烯論文主要分布在材料科學、物理化學、納 米技 術、應用物理學以及高分子物理學等 領域；研究白徽

17、點主要在納米材 料、材料應用研究等方向。（二）各膜極進行專利布局各國目前都在積極進行石墨烯的研究和專利布局，如陶氏化學、 通用、三星電子株式會社、施樂 公司等等國際大牌廠商都在積極推進 石墨烯產業的研究，從2004年至今，國際上關于石墨烯的專利申請 已經達到了 1400余項，主要在石墨烯的制備、能源領域的應用、顯示 技術方面的應用、石墨烯納 米材料以及石墨烯復合材料等方面。圖9各國石墨烯專利申請情況分布國內目前進行石墨烯研究的主要是各大院校以及研究機構，如北京大學、清華大學、上海交通大學等院校以及如中國科學院國家納米科學中心等科研機構等。相對 國際巨頭的專利布局，我國也在進行石 墨烯專利的申請

18、，目前國內機構已經取得了 150余項國家專利，主要 集中在石墨烯的制備和石墨烯復合材料領域。（三）目前祖還在量產摸索階段石墨烯目前仍然處于研究階段，全球范圍內都沒有實施大規模量 產的先例，這主要是由于還沒有找到一種適合大 規模生產的方法和途 徑，同時這也是石墨烯成本一直居高不下的原因。目前石墨烯主要的制造方法包括四種，分別是：微機械剝離法、 外延生長法、氧化石墨還原法和氣象沉積法。.微機械剝離法微機械剝離法是直接將石墨 烯薄片從較大的晶體上剪裁下來。具 體流程如下：首先利用氧離子等在1mm厚的高定向熱解石墨HOPG）表剛行離子刻蝕，當表面刻蝕出寬度在20 w m2mm深度 在5 pm的微梢后將

19、其用光刻膠粘到玻璃 襯底上，再用玻璃膠帶進行 反復撕揭，然后將多余的HOPG去除并將粘有微片的玻璃襯底放入 丙酮溶液中進行超聲一段時間，最后將單晶硅片放入丙酮溶液中，利 用范德華力或毛細管力將單層石墨烯撈出”，從而獲得石墨烯片。微機械剝離法雖然是相對比較簡單的一種方法，缺點是能夠獲得 的單層石墨烯的尺寸大小不一、不易控制，很難獲 得足夠長度的石墨 烯，不育新足工業化需求。.外延生長法外延生長法是在高溫和超高真空中使得 單晶碳化硅（SiC）中的硅 原子蒸發，剩下的碳原子經過結構重排形成石墨烯單層或多層，從而 得到石墨烯片。外延生長法所獲得的石墨烯面積較大，且質量較高。但缺點是由 于單晶SiC的價

20、格昂貴，石墨烯的制作成本非常高，而且生長條件也 很苛刻。另外，使用外延生長 法生成的石墨烯不易轉移到別的基體上 使用，所以主要用于以SiC為襯底的石墨烯器件。.氧化石墨還原法氧化石墨還原法是目前成本最低且最容易 實現規模化生產的石 墨烯制備方法。氧化石墨還 原法是將天然石墨與 強酸和強氧化物質反 應生成氧化石墨（GO）,經過超聲分散制備成氧化石墨烯 單層氧化石 墨），加梃原劑去除氧化石墨表面的含氧基團，女懶基、環氧基和羥 基，得到石墨烯。氧化石墨還原法以其簡單易行的工藝成為制備石墨烯的最簡單 方法，但由于石墨烯本身具有極大的比表面 積，非常容易發生不可逆 轉的團聚現象，而降低石墨烯的屬性。氧化

21、石墨還原法制作石墨烯相對高效、環保、且成本較低，并能 夠大規模工業化生產；這種方法的缺點是在氧化 還原的過程中，石墨 烯的電子結構以及晶體的完整性容易受到 強氧化劑的破壞，進而影響 石墨烯的分子特性。.氣相沉積法化學氣相沉積是目前應用最廣泛的一種大 規模工業化制備半導體薄 膜材料的沉積技術。其原理為將一種或多種氣態物質導入到一個反應 腔內發生化學反應，生成一種新的材料沉積在襯底表面。具體方法是 將含碳原子的氣體有機物如甲 烷CH4）、乙快（C2H2）等奇臬或銅等 金屬基體上高溫分解，脫出氫原子的碳原子會沉積吸附在金屬表面連 續生長成石墨烯。氣相沉積法制作石墨烯相對簡單易行，可以大面積成長，且或

22、得 到的石墨烯較為完整，質量較好，轉移到其他基體上使用也不困 難， 但此種方法最大的缺點就是成本很高，很 難達到工業化的要求。表1:四種石墨希生產方法的對比生產才法產品尺寸產品解*例造成本是否適合產業化德機葩列離法中小尺寸分;結構技為它於較低4%無嵬生產外胞也長法丸尺寸萍片奉容為的SiC分老較高過含小批量生產我化石工還原法大尺寸命于結構的客務故收K校低】皿乂大聞程生產之相.三和洸大尺寸轉構宅接.就菱焚好轉高可以大規模生產石墨烯產業還在量產探索階段，還沒有發現一種成熟的方法能 夠 批量生產性能優質的石墨烯。目前氧化石墨還原法相對更加容易量產，是生產石墨烯的主流制 備工藝。不過通過氧化還原法，容易

23、使得石墨烯的分子結構收到破壞, 而降低了石墨烯的性能；另外，氧化丕原法得到的石墨烯溶液中石墨 烯非常容易發生團聚現象，使得產品很多的性能與理 論值有很大差距。石墨烯另一個相對較成熟的制備方法是氣相沉積法。但仍然很多 技術問題沒有解決，如：使用氣相沉積法所得的石墨烯相對機械剝離 法制備的石墨烯難以運輸；一些使用氣相沉積法所得石墨烯的屬性（量子霍爾效應）并沒有在氣象沉積法制備的石墨烯中發現，說明氣相 沉積法可能會影響石墨 烯的特性；而且使用氣相沉積法得到的石墨烯 片只能達到平方厘米的量 級，難以滿足石墨烯的工業化應用。石墨烯的目前還不具備工業化生產的條件，各國都在針對石墨烯 的制備進行積極的探索，

24、也不斷的有新的制 備方法出現，業內預計 2015年前就能夠實現石墨烯的規模化量產。（四）國內的供需情況石墨烯產業最大的瓶頸在于還沒有形成完整的產業鏈，目前仍沒 有一種可以應用石墨烯的產品能夠規模化生產。國內尚無上市公司生 產石墨烯，而號稱國內首家從事石墨 烯生產的廈門凱納石墨技術有限 公司，年產量也僅為20-30克。對石墨烯最大的需求仍然是各大院校及 科研機構的研究使用。石墨烯的高強度、高導電性及傳熱性、超大的比表面積 等特性能 夠在航天軍工、鋰離子電池、超級電容器等多領域有潛在應用，但由 于其成本過高，一直都處于研究階段。從目前的技術發 展來看，最有 可能實現工業化使用石墨烯的下游行業是復合

25、材料領域和顯示技術 領域。將石墨烯添加到塑料、橡膠、涂料等基體中，可以大幅增強產 品 的性能，如強度、韌度、導電性及傳熱性等，在符合材料領域的應用也 是目前石墨烯最大的產業化應用。目前的顯示器件中應用最廣泛導體材料是氧化錮錫ITO材料，將 石墨烯作為導體材料制成顯示器件，將增強器件的韌度，制成可以折 疊的薄膜顯示器。業內也預計顯示技術領域的應用 將是下一個能夠產業化應用的領域。目前國內還沒有能夠實現石墨批量化生產的企業或研究機構，多 數企業只能小量生產石墨烯，所使用的生產技術多為氧化還原法，生 產出的石墨烯溶液也存在很多技術上需要突破的問題。表2:國內主要石墨希研究機構情況國丫妁義蕓學中心直口孔能石工牌航機有限公司南.可無女由 fT TH 技有限心司上海過*（士舅公司中科院球下的尹用凡溝，7-t 4群延的翩之主要針E其生產工之和強傳導棘軾曲巨 用.目前