中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：石墨烯是21世紀(jì)最具顛覆性的新材料，在鋰離子電池、太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器、傳感器、生物醫(yī)藥、復(fù)合材料、環(huán)保、柔性顯示、半導(dǎo)體行業(yè)等傳統(tǒng)領(lǐng)域和新興領(lǐng)域的應(yīng)用都引起了巨大的變革。2004年，膠帶剝離高定向石墨制備單晶石墨烯方法的出現(xiàn)，開(kāi)啟了石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)化的新紀(jì)元。2008年以來(lái)，全球石墨烯相關(guān)論文和專利數(shù)量迅速增加。特別是2010年后，有關(guān)文章和專利數(shù)量更是呈井噴式增長(zhǎng)。石墨烯具有卓越的性能、廣闊的市場(chǎng)前景和潛在的巨大經(jīng)濟(jì)效益，吸引了眾多科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)及投資機(jī)構(gòu)進(jìn)入。我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展幾乎與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家同步，在某些領(lǐng)域甚至走在世界前列，但國(guó)內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈不成熟、下游應(yīng)用環(huán)節(jié)未打通、市場(chǎng)需求有待培育、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)有待加強(qiáng)等制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題突出。美國(guó)、日本、韓國(guó)、英國(guó)等國(guó)家的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展各有特點(diǎn)，其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的做法和經(jīng)驗(yàn)對(duì)加速我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展值得借鑒。
一、全球石墨烯產(chǎn)業(yè)研發(fā)情況
（一）研發(fā)政策
新興技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)政策的支持與引導(dǎo)。在2010年石墨烯發(fā)現(xiàn)者獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)后，全球科技界和工業(yè)界競(jìng)相關(guān)注，各國(guó)政府也加大了對(duì)石墨烯研發(fā)的支持力度，爭(zhēng)搶石墨烯研發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)先機(jī)，搶占產(chǎn)業(yè)化制高點(diǎn)。在全球石墨烯大國(guó)中，美國(guó)、歐盟及其成員國(guó)、日本和韓國(guó)先后從國(guó)家戰(zhàn)略高度開(kāi)展相關(guān)部署，出臺(tái)多項(xiàng)支持政策和研究扶持計(jì)劃，處于全球石墨烯研究與產(chǎn)業(yè)化的前列。
表1：主要國(guó)家在石墨烯領(lǐng)域的相關(guān)政策及支持計(jì)劃
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國(guó)際及支持機(jī)構(gòu) |
時(shí)間 |
相關(guān)政策及支持計(jì)劃 |
支持領(lǐng)域 |
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美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì) |
2002-2013年 |
資助石墨烯項(xiàng)目近500項(xiàng)，約3300萬(wàn)美元 |
研究石墨烯復(fù)合材料、電子器件、晶體管、連續(xù)制備工藝、生物傳感器等 |
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美國(guó)高級(jí)計(jì)劃研究局 |
2008年7月 |
投資2200萬(wàn)元開(kāi)發(fā)碳電子射頻應(yīng)用項(xiàng)目 |
開(kāi)發(fā)新款石墨烯晶體管 |
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美國(guó)國(guó)防部 |
2009年 |
投入750萬(wàn)美元開(kāi)展多學(xué)科大學(xué)研究計(jì)劃 |
研究空軍石墨烯材料和器件、納米結(jié)構(gòu)石墨烯電子帶隙裁剪 |
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石墨烯利益相關(guān)方聯(lián)合會(huì) |
2013年上半年 |
在紐約州布法羅成立 |
促進(jìn)研究人員、大學(xué)、政府機(jī)構(gòu)和企業(yè)之間的教育培訓(xùn)、技術(shù)合作、科學(xué)交流以及商業(yè)化 |
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歐洲研究理事會(huì) |
2007-2010年 |
投入177.5萬(wàn)歐元 |
石墨烯薄膜及其特性、石墨烯電荷載體研究、石墨烯晶體管應(yīng)用研究 |
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歐盟第七框架計(jì)劃 |
2008年1月 |
石墨烯基納米電子器件聯(lián)合研究項(xiàng)目 |
超越互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS） |
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歐盟第七框架計(jì)劃 |
2010年 |
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懸浮石墨烯納米結(jié)構(gòu)及石墨烯的納米級(jí)應(yīng)用項(xiàng)目 |
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歐盟第七框架計(jì)劃 |
2011年6月 |
超級(jí)電容器石墨烯電極項(xiàng)目 |
超級(jí)電容器相關(guān)開(kāi)發(fā) |
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歐洲科學(xué)基金會(huì) |
2009年6月 |
歐洲石墨烯項(xiàng)目 |
石墨烯功能復(fù)合材料、外延石墨烯晶體管、石墨烯基自旋電子系統(tǒng)、碳化硅晶圓石墨烯、光電石墨烯器件等 |
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歐盟委員會(huì) |
2013年初 |
未來(lái)新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目 |
投入10億歐元進(jìn)行石墨烯研發(fā)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用 |
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英國(guó)工程和自然科學(xué)研究委員會(huì) |
2007-2012年 |
石墨烯器件基礎(chǔ)研究 |
石墨烯基晶體管傳輸模擬項(xiàng)目、石墨烯基自旋器件模擬項(xiàng)目 |
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英國(guó)政府 |
2011年 |
《促進(jìn)增長(zhǎng)的創(chuàng)新與發(fā)展戰(zhàn)略》 |
重點(diǎn)發(fā)展的4項(xiàng)新技術(shù)之一，5000萬(wàn)英鎊用于研發(fā)和商業(yè)化 |
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英國(guó)政府 |
2011年 |
曼徹斯特發(fā)展戰(zhàn)略，建立石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 |
將石墨烯作為國(guó)家未來(lái)4個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向之一 |
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英國(guó)財(cái)政部 |
2011年10月 |
撥款5000萬(wàn)英鎊 |
建立國(guó)家石墨烯研究所，開(kāi)展石墨烯前沿研究 |
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英國(guó)財(cái)政部 |
2012年末 |
追加1000萬(wàn)英鎊 |
石墨烯商業(yè)化，空客、BAE、勞斯萊斯、Dyson等額外匹配1200萬(wàn)英鎊 |
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英國(guó)政府 |
2014年9月 |
在曼徹斯特大學(xué)投資6000萬(wàn)英鎊 |
建設(shè)“石墨烯工程創(chuàng)新中心”，加速石墨烯產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化 |
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德國(guó)科學(xué)基金 |
2009年7月 |
啟動(dòng)石墨烯新興前沿研究項(xiàng)目 |
新型石墨烯基電子產(chǎn)品 |
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德國(guó)科學(xué)基金 |
2010年 |
3年投入1060萬(wàn)歐元 |
啟動(dòng)優(yōu)先研究項(xiàng)目——石墨烯 |
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巴斯夫和馬普學(xué)會(huì)高分子所 |
2012年 |
共同投資1000萬(wàn)歐元 |
建設(shè)碳材料創(chuàng)新中心，石墨烯合成與表征及在能源和電子領(lǐng)域應(yīng)用潛力評(píng)估 |
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日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu) |
2007年 |
石墨烯及器件技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目 |
開(kāi)發(fā)石墨烯材料工藝技術(shù)并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成的器件技術(shù) |
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日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省 |
2011年 |
低碳社會(huì)超輕、高輕度創(chuàng)新融合材料項(xiàng)目 |
重點(diǎn)支持碳納米管和石墨烯批量合成技術(shù) |
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韓國(guó)教育科學(xué)部門(mén) |
2007-2009年 |
提供1900萬(wàn)美元 |
資助90個(gè)石墨烯相關(guān)項(xiàng)目 |
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原韓國(guó)知識(shí)經(jīng)濟(jì)部 |
2012-2018年 |
提供2.5億美元資助 |
1.24億美元用于技術(shù)研發(fā)，其余用作商業(yè)化 |
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韓國(guó)產(chǎn)業(yè)通商資源部 |
2013年5月 |
擬在未來(lái)6年投資4200萬(wàn)美元 |
推動(dòng)石墨烯相關(guān)技術(shù)商業(yè)化 |
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韓國(guó)產(chǎn)業(yè)通商資源部 |
2013年12月 |
2014-2018年產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略 |
石墨烯材料及零部件商業(yè)化 |
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馬來(lái)西亞 |
2013年12月 |
創(chuàng)辦國(guó)家石墨烯中心 |
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馬來(lái)西亞 |
2014年 |
國(guó)家石墨烯行動(dòng)計(jì)劃（NGAP2020） |
石墨烯在橡膠添加劑、鋰電池陽(yáng)極、導(dǎo)電油墨、納米流體和塑料添加劑行業(yè)產(chǎn)業(yè)化 |
數(shù)據(jù)來(lái)源：賽迪智庫(kù)原材料工業(yè)研究所整理
（二）研發(fā)實(shí)力
全球大約有80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展石墨烯及其應(yīng)用研究，主要有美國(guó)、中國(guó)、日本、韓國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、西班牙、俄羅斯、澳大利亞、馬來(lái)西亞、新加坡等國(guó)。
從發(fā)表論文看：從1991年開(kāi)始至今，全球共發(fā)表石墨烯相關(guān)SCI論文137690篇。其中，中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)和日本發(fā)表論文數(shù)量位居全球前四名，占比分別是34.2%、18.9%、7.5%和5.4%。特別是中國(guó)在2012年底，石墨烯相關(guān)論文數(shù)量超過(guò)美國(guó)，位居世界首位。
從專利布局看：從1994年開(kāi)始至今，全球共有12518件石墨烯相關(guān)專利。從技術(shù)原創(chuàng)國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)量看，中國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)、日本申請(qǐng)的專利量位居全球前四，占比分別是50%、14%、6%和6%。中國(guó)石墨烯相關(guān)專利量具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，韓國(guó)專利申請(qǐng)量遠(yuǎn)高于歐洲國(guó)家，日本相關(guān)專利申請(qǐng)量?jī)H次于美國(guó)，但英國(guó)相關(guān)專利申請(qǐng)量?jī)H占全球的約1%，研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化落后于日韓。從目標(biāo)申請(qǐng)國(guó)專利申請(qǐng)量看，中國(guó)是專利布局的重點(diǎn)，其后依次是美國(guó)、韓國(guó)、WO、日本和歐專局。
中國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)、日本是石墨烯技術(shù)的主要原創(chuàng)地和保護(hù)地。從各原創(chuàng)國(guó)的技術(shù)申請(qǐng)范圍看，韓國(guó)、美國(guó)和日本都在積極進(jìn)行專利全球布局；中國(guó)專利量雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他幾個(gè)國(guó)家，但是專利海外布局薄弱，亟待加強(qiáng)。
（三）研發(fā)機(jī)構(gòu)
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球有近300家公司涉足石墨烯研發(fā)，其中包括IBM、英特爾、美國(guó)晟碟、陶氏化學(xué)、通用、杜邦、施樂(lè)、洛克希德-馬丁、波音、諾基亞、三星、LG、日立、索尼、3M、東麗、東芝、華為、輝銳、深圳鴻海等。
國(guó)外主要研發(fā)機(jī)構(gòu)有美國(guó)麻省理工學(xué)院、康奈爾大學(xué)、哈佛大學(xué)、喬治亞理工、萊斯大學(xué)、羅格斯大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、斯坦福大學(xué)、西北大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、加州大學(xué)河濱分校、加州大學(xué)伯克利分校、加州大學(xué)洛杉磯分校、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校、北卡羅萊納大學(xué)、圣母大學(xué)；英國(guó)曼徹斯特大學(xué)、劍橋大學(xué)、蘭卡斯特大學(xué)等；日本東北大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、AIST、日本半導(dǎo)體能源研究所、日本國(guó)立材料研究所等；以及韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)、慶熙大學(xué)、成均館大學(xué)、延世大學(xué)、蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)、KAIST等。我國(guó)國(guó)內(nèi)石墨烯研究機(jī)構(gòu)主要集中在高校和中科院及一些石墨產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)有80多所一流大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)涉足石墨烯研究。
國(guó)外掌握了大量的石墨烯核心專利，在石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中扮演著重要角色。美國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)布局比較全面，覆蓋了從石墨烯材料制備到半導(dǎo)體器件開(kāi)發(fā)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。韓國(guó)在納米器件領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，但在石墨烯制備方面的弱于中國(guó)和美國(guó)。日本在薄膜晶體管領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。其中，韓國(guó)三星、美國(guó)IBM、韓國(guó)成均館大學(xué)、韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究所、日本東芝公司、美國(guó)賴斯大學(xué)等的影響力較高。與石墨烯制備及應(yīng)用相關(guān)的三大核心技術(shù)專利分別由美國(guó)普林斯頓大學(xué)、日本佳能公司和美國(guó)Zhamu Aruna教授擁有，并在大多數(shù)國(guó)家申請(qǐng)了專利保護(hù)。
我國(guó)主要集中在石墨烯的bottom-up方法制備、石墨烯在鋰離子電池電極中的應(yīng)用以石墨烯復(fù)合材料方面，在半導(dǎo)體器件方面實(shí)力弱，且研究多集中于科研院所而非企業(yè)，前者擁有大量的相關(guān)專利，但在企業(yè)層面卻只有深圳鴻海具有一定優(yōu)勢(shì)，且專利數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于三星、IBM等國(guó)外企業(yè)，石墨烯研發(fā)過(guò)程中企業(yè)的主體作用亟待加強(qiáng)。
表2：石墨烯國(guó)外知名研發(fā)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介
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序號(hào) |
名稱 |
研究領(lǐng)域 |
主要成果 |
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1 |
萊斯大學(xué) |
CVD石墨烯薄膜及儲(chǔ)能、復(fù)合材料和生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用 |
50項(xiàng)專利 |
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2 |
美國(guó)IBM |
石墨烯晶體管、傳感器、信息存儲(chǔ)、集成電路等電子器件應(yīng)用 |
199項(xiàng)專利 |
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3 |
德州大學(xué)奧斯汀分校 |
制備、儲(chǔ)能、復(fù)合材料、探測(cè)器應(yīng)用 |
38項(xiàng)專利 |
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4 |
羅格斯大學(xué) |
CVD石墨烯薄膜及儲(chǔ)能、復(fù)合材料和生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用 |
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5 |
普林斯頓大學(xué) |
熱膨脹制備石墨烯 |
熱膨脹制備石墨烯專利 |
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6 |
曼徹斯特大學(xué) |
石墨烯材料 |
2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) |
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7 |
諾基亞 |
石墨烯基傳感器及相關(guān)器件 |
33項(xiàng)專利 |
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8 |
日本半導(dǎo)體能源研究所 |
鋰離子電池、觸摸屏、OLED領(lǐng)域應(yīng)用 |
54項(xiàng)專利 |
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9 |
東北大學(xué) |
功能納米材料和先進(jìn)能量轉(zhuǎn)換設(shè)備(電動(dòng)汽車(chē)、風(fēng)能、燃料電池和太陽(yáng)能電池) |
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10 |
國(guó)立材料研究所 |
納米電子學(xué), pi電子器件 |
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11 |
東芝 |
石墨烯基礎(chǔ)研究和應(yīng)用，如透明導(dǎo)電膜、觸摸屏等 |
55項(xiàng)專利 |
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12 |
索尼 |
石墨烯薄膜制備及在電子器件中的應(yīng)用 |
32項(xiàng)專利 |
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13 |
韓國(guó)KAIST |
納米材料的在電子、能源轉(zhuǎn)換、催化劑、摩擦學(xué)和環(huán)境科學(xué)的應(yīng)用 |
223項(xiàng)專利 |
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14 |
成均館大學(xué) |
石墨烯薄膜制備、轉(zhuǎn)移、在顯示和微電子領(lǐng)域的應(yīng)用 |
198項(xiàng)專利 |
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15 |
首爾大學(xué) |
CVD石墨烯大規(guī)模合成、roll-to-roll法開(kāi)發(fā)超大石墨烯材料、柔性觸摸屏應(yīng)用 |
95項(xiàng)專利 |
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16 |
延世大學(xué) |
柔性基底上圖案化納米材料干燥轉(zhuǎn)移技術(shù)、高質(zhì)量半導(dǎo)體納米材料的“由上至下”生產(chǎn)方法、高性能柔性可拉伸電子系統(tǒng) |
53項(xiàng)專利 |
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17 |
韓國(guó)三星 |
CVD石墨烯以及觸摸屏、透明導(dǎo)電薄膜、LED、OLED、晶體管、信息存儲(chǔ)、太陽(yáng)能、顯示器件等相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用 |
503項(xiàng)專利，CVD制備大尺寸石墨烯專利 |
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18 |
韓國(guó)LG |
鋰離子電池、觸摸屏，顯示器件、太陽(yáng)能、LED等領(lǐng)域 |
199項(xiàng)專利 |
數(shù)據(jù)來(lái)源：賽迪智庫(kù)原材料工業(yè)研究所整理
圖1：石墨烯國(guó)內(nèi)主要研究機(jī)構(gòu)/科研帶頭人分布
數(shù)據(jù)來(lái)源：賽迪智庫(kù)原材料工業(yè)研究所整理
（四）研究趨勢(shì)
2013年之前，石墨烯相關(guān)研究主要集中在制備領(lǐng)域，如氧化還原法、化學(xué)氣相沉積法等，2011年至2013年間制備技術(shù)專利占石墨烯專利申請(qǐng)比例達(dá)38%。隨著制備技術(shù)的完善與成熟，石墨烯專利申請(qǐng)不斷向下游應(yīng)用拓展，并開(kāi)拓出新的領(lǐng)域。2013年至2015年間，全球新增大量關(guān)于復(fù)合纖維、涂層、功能薄膜、水處理等新興領(lǐng)域的石墨烯技術(shù)專利申請(qǐng)，其中關(guān)于石墨烯基復(fù)合材料的專利申請(qǐng)幾乎翻一翻，而制備技術(shù)專利的申請(qǐng)比例降至約29%。
二、全球石墨烯產(chǎn)業(yè)化情況
（一）國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力
2015年5月，國(guó)家金融信息中心指數(shù)研究院發(fā)布全球首個(gè)石墨烯指數(shù)，從競(jìng)爭(zhēng)潛力、競(jìng)爭(zhēng)行為和競(jìng)爭(zhēng)績(jī)效三個(gè)維度綜合評(píng)價(jià)全球10個(gè)國(guó)家石墨烯產(chǎn)業(yè)的綜合發(fā)展實(shí)力，美國(guó)、日本和中國(guó)排名前三位，韓國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和新加坡處在第二梯隊(duì)，加拿大、澳大利亞和巴西位于第三梯隊(duì)。從競(jìng)爭(zhēng)潛力看，中國(guó)和德國(guó)具有巨大的競(jìng)爭(zhēng)潛力，日本、美國(guó)、英國(guó)屬于第二梯隊(duì)。從競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力看，美國(guó)和中國(guó)表現(xiàn)出很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，日本、英國(guó)屬于第二梯隊(duì)。從競(jìng)爭(zhēng)績(jī)效看，韓國(guó)、美國(guó)和日本的石墨烯研究深度和創(chuàng)新能力較強(qiáng)，英國(guó)、新加坡、德國(guó)和中國(guó)屬于第二梯隊(duì)。
（二）相關(guān)企業(yè)概況
目前，石墨烯處于產(chǎn)業(yè)化初期，主要應(yīng)用在鋰電池導(dǎo)電添加劑、涂料、導(dǎo)熱膜等低端產(chǎn)品，預(yù)計(jì)全球所需石墨不會(huì)超過(guò)2000噸。
不完全統(tǒng)計(jì)，業(yè)務(wù)涉及石墨烯的公司有近300家。國(guó)外一些公司已具備提供石墨烯的能力，但主要應(yīng)用于試驗(yàn)和應(yīng)用研究，真正實(shí)現(xiàn)高端應(yīng)用的較少，且相關(guān)企業(yè)的年產(chǎn)能大多不超過(guò)百噸級(jí)，并以石墨烯粉體為主。隨著政策支持力度加大、資本投入以及宏量制備技術(shù)的突破，未來(lái)5~10年，多數(shù)企業(yè)年產(chǎn)能將達(dá)到千噸級(jí)，少部分大型企業(yè)年產(chǎn)能有望達(dá)到萬(wàn)噸級(jí)。目前國(guó)內(nèi)的石墨烯企業(yè)多為處于成長(zhǎng)期的中小企業(yè)，盡管企業(yè)數(shù)量初具規(guī)模，但龍頭企業(yè)數(shù)量不多、規(guī)模相對(duì)較小，制約著整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和完善。
國(guó)外石墨烯主要生產(chǎn)企業(yè)有英國(guó)Applied Graphene Materials、Graphene Industries等，美國(guó)的Angstron Materials、Vorbeck Materials、XG Science、Carbon Science、Graphene Frontiers、CVD equipment等，韓國(guó)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(xué)等公司。
（三）區(qū)域產(chǎn)業(yè)化概況
美國(guó)擁有IBM、英特爾、波音等眾多大型企業(yè)，良好的創(chuàng)業(yè)環(huán)境也催生了眾多小型石墨烯企業(yè)，產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用進(jìn)展較快；其石墨烯產(chǎn)業(yè)布局呈多元化，已形成相對(duì)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，覆蓋從制備及應(yīng)用研究到石墨烯產(chǎn)品生產(chǎn)直至石墨烯產(chǎn)品下游應(yīng)用整個(gè)環(huán)節(jié)。
歐盟擁有諾基亞等大型企業(yè)以及眾多小型專業(yè)化石墨烯企業(yè)，對(duì)石墨烯技術(shù)的開(kāi)發(fā)各有側(cè)重；歐盟各成員國(guó)從國(guó)家戰(zhàn)略高度發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)，政產(chǎn)學(xué)研通力合作，且資金支持力度大，但目前主要是從事石墨烯粉體、石墨烯薄膜、石墨烯復(fù)合材料制備，涉足下游應(yīng)用的企業(yè)較少，未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。英國(guó)有多家大型企業(yè)從事石墨烯開(kāi)發(fā)及商業(yè)化推廣，同時(shí)涌現(xiàn)出眾多專業(yè)從事石墨烯研發(fā)的新興企業(yè)，來(lái)自政府的支持力度很大，其產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用進(jìn)程加快，但其產(chǎn)業(yè)格局與歐洲整體相似。
韓國(guó)和日本石墨烯產(chǎn)業(yè)主要集中CVD石墨烯薄膜制備及其在電子器件領(lǐng)域中的應(yīng)用。韓國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)學(xué)研結(jié)合緊密，主要集中在CVD薄膜宏量制備及其在半導(dǎo)體、觸摸屏、柔性顯示、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng)用。
表3：國(guó)外主要石墨烯企業(yè)產(chǎn)品及應(yīng)用
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國(guó)家或地區(qū) |
石墨烯原料 |
石墨烯應(yīng)用 |
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美國(guó) |
XG Science（粉體，80t/a） |
IBM（石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管） |
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Angstron Materials（納米片，300t/a） |
Carbon Sciences（云計(jì)算用石墨烯設(shè)備） |
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CVD Equipment（薄膜） |
波音（航空結(jié)構(gòu)材料） |
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Graphene Frontiers（薄膜） |
Graphene 3D Lab（儲(chǔ)能用復(fù)合電極材料、石墨烯增強(qiáng)型3D打印材料） |
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Carbon Sciences（薄膜） |
Nanotek Instruments（石墨烯超級(jí)電容器） |
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ACS MATERIAL LLC（納米片、薄膜） |
Cabot Corporation（石墨烯導(dǎo)電添加劑） |
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NanoIntegris（石墨烯納米片及溶液） |
Vorbeck Materials（石墨烯導(dǎo)電油墨） |
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Graphene Technologies（石墨烯） |
Graphene Technologies（高分子導(dǎo)電油墨） |
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Graphene Frontiers（生物、化學(xué)傳感器） |
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Solan（石墨烯光電器件） |
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英國(guó) |
Thomas Swan（納米片，1Kg/d） |
Haydale（石墨烯基墨水、涂料） |
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Haydale（功能化石墨烯納米片） |
Nanosystems（石墨烯油墨） |
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Nanosystems（石墨烯粉體） |
夏普實(shí)驗(yàn)室（儲(chǔ)能） |
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Smith & Nephew Extruded Films Ltd. （分離） |
M-SOLV（觸摸屏） |
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Perpetuus Advanced Materials（石墨烯納米片，27t/a） |
Nano Products（印刷電子產(chǎn)品） |
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Graphene Research（大面積石墨烯片） |
Applied Graphene Materials（高分子復(fù)合材料） |
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Applied Graphene Materials（石墨烯粉體） |
Plastic Logic（石墨烯柔性顯示屏原型） |
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Bluestone Global Tech Mater.（薄膜） |
FlexEnable（柔性電子技術(shù)） |
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Graphene Industries（薄膜） |
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德國(guó) |
AMO（石墨烯片、定制基底石墨烯） |
AMO（石墨烯晶體管） |
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AixtronAG（設(shè)備） |
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其他歐盟國(guó)家 |
瑞典Graphensic AB（外延生長(zhǎng)單層石墨烯） |
芬蘭諾基亞（石墨烯基傳感器、防水涂層及儲(chǔ)能器件） |
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挪威Abalonyx AS（氧化石墨烯，1t/a） |
挪威CrayoNano（石墨烯雜化電極材料） |
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西班牙Graphenea（石墨烯薄膜、氧化石墨烯） |
挪威Abalonyx AS（GO用于原油和天然氣行業(yè)） |
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西班牙Graphenano（石墨烯建筑涂料、聚合材料電池） |
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意大利Directa Plus（石墨烯基納米材料） |
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韓國(guó) |
Graphenen Square（石墨烯薄膜、CVD設(shè)備） |
Samsung（石墨烯晶體管、電極薄膜） |
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Planar Tech LLC（CVD設(shè)備） |
浦項(xiàng)制鐵（防腐涂層） |
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CHANGUNG（電磁屏蔽涂層） |
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日本 |
Graphene platform（CVD石墨烯） |
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富士（光伏用石墨烯薄膜） |
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東芝（石墨烯薄膜） |
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索尼（石墨烯薄膜） |
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馬來(lái)西亞 |
Graphene Nanochem plc（石墨烯片，250t/a） |
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數(shù)據(jù)來(lái)源：賽迪智庫(kù)原材料工業(yè)研究所整理
（四）產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
石墨烯作為顛覆性新材料，市場(chǎng)前景廣闊，有望創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。全球各大研究機(jī)構(gòu)紛紛對(duì)石墨烯市場(chǎng)前景和規(guī)模進(jìn)行了預(yù)測(cè)：未來(lái)5~10年將是全球石墨烯產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展期，各行業(yè)對(duì)石墨烯的需求量不斷增加。對(duì)石墨烯的近期需求主要來(lái)自復(fù)合材料和涂層，集中在汽車(chē)、塑料、涂層、建筑、金屬、電池、航空以及能源和儲(chǔ)能領(lǐng)域。對(duì)石墨烯的中長(zhǎng)期需求主要集中在電子和光電領(lǐng)域及儲(chǔ)能領(lǐng)域。
表4：石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)
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時(shí)間 |
機(jī)構(gòu) |
預(yù)測(cè) |
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2013年9月 |
BCC Research發(fā)布《石墨烯：技術(shù)、應(yīng)用和市場(chǎng)》報(bào)告 |
2018年全球石墨烯產(chǎn)品市場(chǎng)將超過(guò)1.95億美元，到2023年將達(dá)到13億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為46.1%。石墨烯將主要應(yīng)用在超級(jí)電容器、觸摸屏、結(jié)構(gòu)材料、傳感器和高性能計(jì)算機(jī)5個(gè)領(lǐng)域，占石墨烯市場(chǎng)需求的79%。 |
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2014年5月 |
Allied Market Research |
全球石墨烯市場(chǎng)在2020年將達(dá)到1.49億美元，2014年至2020年期間年復(fù)合增長(zhǎng)率為44%。 |
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2015年5月 |
Future Markets發(fā)布《2025年全球石墨烯市場(chǎng)》報(bào)告 |
石墨烯主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、電子和光電，電池、超級(jí)電容器等能源領(lǐng)域以及復(fù)合材料領(lǐng)域，占比分別為27%、19%和11%。 |
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2015年6月 |
Chisult Insight發(fā)布《2015年全球和中國(guó)石墨烯行業(yè)》報(bào)告 |
2014年，石墨烯在電子、光電和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用約占全球石墨烯總需求的近31%；在復(fù)合材料中的應(yīng)用占24%。主要應(yīng)用產(chǎn)品是石墨烯納米片和氧化石墨烯。2014年中國(guó)石墨烯市場(chǎng)規(guī)模為2900萬(wàn)元，其中石墨烯基復(fù)合材料為477萬(wàn)元，占整個(gè)銷(xiāo)售額的16.4%；預(yù)計(jì)到2020年，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到95%，市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)16億元。 |
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2015年9月 |
IDTechEx發(fā)布石墨烯年度市場(chǎng)報(bào)告 |
石墨烯市場(chǎng)到2026年將達(dá)到2億美元，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閺?fù)合材料、能源和石墨烯涂料。 |
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2015年10月 |
Markets and Markets發(fā)布《全球石墨烯產(chǎn)品、應(yīng)用及區(qū)域市場(chǎng)：2020年趨勢(shì)和展望》報(bào)告 |
到2020年全球石墨烯材料市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)2.78億美元，2015~2020年年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)42.8%。北美是全球最大的石墨烯市場(chǎng)，擁有眾多的石墨烯生產(chǎn)商、大學(xué)和研究結(jié)構(gòu)，其市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要依靠石墨烯基復(fù)合材料和涂層材料需求的增長(zhǎng)。美國(guó)石墨烯市場(chǎng)的發(fā)展主要依賴其制造業(yè)的增長(zhǎng)。2020年前，美國(guó)將主導(dǎo)北美石墨烯市場(chǎng)。復(fù)合材料是石墨烯最大的應(yīng)用市場(chǎng)，需求量巨大，可以滿足航空航天、汽車(chē)、醫(yī)用植入物、運(yùn)動(dòng)設(shè)備和工程材料等下游領(lǐng)域的需求。美國(guó)連續(xù)支持石墨烯基復(fù)合材料的研發(fā)，以滿足其在燃料電池、超級(jí)電容器和陽(yáng)極材料上的應(yīng)用，促進(jìn)石墨烯市場(chǎng)的穩(wěn)定增長(zhǎng)。燃料效率、輕量化、安全環(huán)保、提高橡膠電性能等因素進(jìn)一步刺激了石墨烯在復(fù)合材料的應(yīng)用。 |
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2015年10月 |
中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟 |
2013年全球石墨烯市場(chǎng)規(guī)模約為1250萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)2020年石墨烯市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1.2億美元。 |
數(shù)據(jù)來(lái)源：賽迪智庫(kù)原材料工業(yè)研究所整理
2013年9月，BCC Research預(yù)計(jì)2023年石墨烯將主要應(yīng)用在以下5個(gè)領(lǐng)域：超級(jí)電容器、觸摸屏、結(jié)構(gòu)材料、傳感器和高性能計(jì)算機(jī)，占石墨烯市場(chǎng)需求的79%。
圖2：預(yù)計(jì)到2023年石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域
數(shù)據(jù)來(lái)源：BCC Research，賽迪智庫(kù)原材料工業(yè)研究所整理
2015年5月，F(xiàn)uture Markets發(fā)布《2025年全球石墨烯市場(chǎng)》報(bào)告，指出石墨烯主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、電子和光電，電池、超級(jí)電容器等能源領(lǐng)域以及復(fù)合材料領(lǐng)域，占比分別為27%、19%和11%。
圖3：預(yù)計(jì)到2025年石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域
數(shù)據(jù)來(lái)源：Future Markets，賽迪智庫(kù)原材料工業(yè)研究所整理
三、對(duì)我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的啟示
（一）制定國(guó)家級(jí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃
當(dāng)前，我國(guó)在石墨烯領(lǐng)域尚缺乏國(guó)家層面的宏觀規(guī)劃，與國(guó)外相比仍有較大差距。建議盡早制定國(guó)家層面的石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線和產(chǎn)業(yè)化路線，明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展的階段目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)、重大工程、資金來(lái)源及政策措施等，確定合理的組織框架，推動(dòng)材料、設(shè)備、工藝和應(yīng)用并行發(fā)展，促進(jìn)上下游的協(xié)調(diào)發(fā)展。
（二）提升企業(yè)創(chuàng)新能力
一是以企業(yè)為主體，實(shí)施“政產(chǎn)學(xué)研用融”協(xié)同創(chuàng)新，建立石墨烯國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室或工程中心，鼓勵(lì)生產(chǎn)企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)交叉持股、戰(zhàn)略合作，設(shè)立聯(lián)合研發(fā)平臺(tái)，支持生產(chǎn)企業(yè)、研發(fā)機(jī)構(gòu)和應(yīng)用企業(yè)聯(lián)合承擔(dān)研發(fā)項(xiàng)目和科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，突破石墨烯制備、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)瓶頸，加快科技成果轉(zhuǎn)化，打通石墨烯全產(chǎn)業(yè)鏈。二是石墨烯產(chǎn)業(yè)作為引領(lǐng)整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的材料革命的新興產(chǎn)業(yè)，不能遵循傳統(tǒng)內(nèi)生式產(chǎn)業(yè)發(fā)展軌跡，引導(dǎo)企業(yè)開(kāi)展產(chǎn)業(yè)組織創(chuàng)新，加快發(fā)展“企業(yè)+研發(fā)機(jī)構(gòu)+孵化器+加速器”的發(fā)展模式。三是依托龍頭企業(yè)、科研院所等，加快建成一批石墨烯材料及器件技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化平臺(tái)及專利和標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)平臺(tái)，提高石墨烯產(chǎn)業(yè)高端服務(wù)能力。
（三）推動(dòng)石墨烯應(yīng)用發(fā)展
石墨烯產(chǎn)業(yè)最大的瓶頸在于沒(méi)有形成完整成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，研發(fā)制備企業(yè)和下游應(yīng)用企業(yè)脫節(jié)，市場(chǎng)需求尚未全面打開(kāi)。一是加快應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，鼓勵(lì)企業(yè)聯(lián)合科研院所、高校開(kāi)展相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和技術(shù)研發(fā)，擴(kuò)大石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)。二是推進(jìn)首批次產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用示范，扶持一批具有行業(yè)帶動(dòng)作用的企業(yè)實(shí)現(xiàn)在重點(diǎn)需求領(lǐng)域的率先應(yīng)用，構(gòu)建與各類應(yīng)用相適應(yīng)的市場(chǎng)化運(yùn)作機(jī)制，建成一批高水平示范項(xiàng)目。三是依托有關(guān)協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)、行業(yè)聯(lián)盟或企業(yè)，加快制定工藝標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等，積極參與制定石墨烯國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，加快石墨烯標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化進(jìn)程，將石墨烯研發(fā)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)勢(shì)，掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展的話語(yǔ)權(quán)。四是石墨烯應(yīng)用技術(shù)多處于中試階段，市場(chǎng)前景不確定，一旦量產(chǎn)將引起價(jià)格下降，甚至技術(shù)擴(kuò)散導(dǎo)致行業(yè)惡性競(jìng)爭(zhēng)，必須建立健全行業(yè)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)研發(fā)生產(chǎn)和商業(yè)化的有機(jī)融合。
（四）加大資金支持力度
國(guó)外在石墨烯發(fā)展過(guò)程中政府等給予了持續(xù)的資金支持，我國(guó)雖然通過(guò)國(guó)家自然科學(xué)基金已經(jīng)陸續(xù)資助超過(guò)3億元用以石墨烯相關(guān)項(xiàng)目，但資助體量相比國(guó)外仍有提升空間，特別是在歐盟10年10億歐元支持石墨烯產(chǎn)業(yè)和國(guó)內(nèi)石墨烯企業(yè)仍顯弱小的大背景下，我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步加大資金扶持力度。一是在國(guó)家層面設(shè)立重大科技專項(xiàng)，出臺(tái)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃，進(jìn)一步加大對(duì)石墨烯技術(shù)創(chuàng)新的支持力度；二是盡快出臺(tái)后續(xù)補(bǔ)貼和激勵(lì)政策，充分激發(fā)企業(yè)和市場(chǎng)積極性；三是大力發(fā)展符合石墨烯產(chǎn)業(yè)特征的金融產(chǎn)品和服務(wù)，支持天使投資、科技支行、科技保險(xiǎn)、科技小貸等新型金融業(yè)態(tài)，制定和完善風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償、基金扶持等政策；四是落實(shí)首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備保險(xiǎn)補(bǔ)償機(jī)制，推動(dòng)石墨烯生產(chǎn)首臺(tái)套裝備和首批次石墨烯的推廣應(yīng)用。
（五）加強(qiáng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)建設(shè)
一是加強(qiáng)石墨烯專利分析與戰(zhàn)略研究、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制研究，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)向的石墨烯專利池。二是支持具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，鼓勵(lì)相關(guān)機(jī)構(gòu)通過(guò)PCT途徑申請(qǐng)國(guó)際專利，加強(qiáng)海外專利布局。三是加強(qiáng)在Bottom-up途徑制備石墨烯、半導(dǎo)體器件應(yīng)用、以及設(shè)備等技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研合作和技術(shù)轉(zhuǎn)移，引導(dǎo)和支持設(shè)備專利和應(yīng)用專利申請(qǐng)，形成規(guī)?；瘜＠暾?qǐng)布局。
（中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院，王本力）
