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中美石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的8大差異及其重要啟示

2018-11-13 11:25:26 作者：本網(wǎng)整理來源：賽迪智庫原材料工業(yè)研究所、新經(jīng)濟導(dǎo)刊、《2018石墨烯技術(shù)專利分析報告》等分享至：

自石墨烯被成功制備以來，世界各國都掀起了“石墨烯熱”。從競爭行為層面看，美國和中國屬于世界第一梯隊，石墨烯產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)出很強的競爭實力。我國天然石墨的儲量、國家對石墨烯的重視程度及石墨烯的產(chǎn)業(yè)化進程遠超美國。但與美國相比，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展還存在偏低端化、標準制度不完善等諸多問題。本文主要通過闡述中國與美國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的8方面差異，發(fā)現(xiàn)我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題，并提出相應(yīng)的對策建議，以期我國石墨烯產(chǎn)業(yè)能向高端、精準、質(zhì)優(yōu)的方向邁進。

一、中美石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展差異

1資源：依賴進口VS世界第三

美國：根據(jù)美國地質(zhì)局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，近年來美國官方并未公布天然石墨的開采數(shù)據(jù)，美國天然石墨消費主要依賴進口。

中國天然石墨儲量位列世界第三（數(shù)據(jù)來源：USGS,2016）

中國：由美國地質(zhì)調(diào)查局數(shù)據(jù)顯示，全球石墨儲量 2.5 億噸，其中土耳其、中國、巴西的總儲量占世界儲量的85%以上，其中中國 5500 萬噸，占比 22.0%，位居全世界第三。

對比：我國具有明顯的儲量優(yōu)勢。美國天然石墨儲量不多，依賴進口。

2心態(tài)：有序理性VS快追猛上

美國：相對淡定。并未將推動石墨烯技術(shù)研發(fā)提高到國家戰(zhàn)略層面上，研究項目也并不享受優(yōu)先級的待遇。

中國：高度關(guān)注。政府出臺大量政策支持，地方設(shè)立諸多優(yōu)先級的待遇，企業(yè)積極投入想要早分一杯羹。

對比：美國的石墨烯項目嚴謹而理性，僅以“石墨烯研究很重要”為由根本不予批準，倒逼研究者發(fā)揮更高的創(chuàng)造力；中國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境相對寬松，成果很多，但多而雜，整體質(zhì)量不高。

3概念：單層石墨VS石墨烯類

美國：石墨烯是單層石墨，其優(yōu)良特性主要體現(xiàn)在單層結(jié)構(gòu)上，隨著層數(shù)的增加，諸多優(yōu)越性能都將降低。

中國：10層以下的都是石墨烯，包括單層石墨烯、多層石墨烯、氧化石墨烯等。

對比：目前國內(nèi)實現(xiàn)量產(chǎn)的石墨烯多數(shù)是晶格缺陷較高、多層堆疊的石墨烯類產(chǎn)品，只能體現(xiàn)石墨烯的部分特性，并且缺乏統(tǒng)一的檢測標準。

4制備：“自下而上”VS“自上而下”

美國：主要采用“自下而上”的CVD 法和外延生長法。

CVD氣相沉積法過程示意圖

SiC外延生長法過程示意圖

中國：我國大多數(shù)石墨烯都是通過“自上而下”的氧化-還原法制備而成。

化學(xué)氧化還原法過程示意圖

對比：“自下而上”法制備石墨烯雖然制備成本較高，但制備出的石墨烯多為面積較大、質(zhì)量較高的單層石墨烯；“自上而下”雖然成本低、可大規(guī)模生產(chǎn)，但制備出的石墨烯往往存在許多缺陷，也難以用于集成電路、芯片、傳感器、光電器件等領(lǐng)域。

5研究：基礎(chǔ)為主VS偏重應(yīng)用

美國：科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界普遍認為，石墨烯目前仍以實驗室研發(fā)為主，尚不適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

中國：急于將技術(shù)推向市場，加大產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣。

對比：基礎(chǔ)研究為應(yīng)用研究提供原始驅(qū)動力，需要資金支持，有可能“坐冷板凳”；應(yīng)用研究在目標上考慮的是科研能否快速得以應(yīng)用和贏得利潤，需要基礎(chǔ)研究的支持。基礎(chǔ)研究缺乏創(chuàng)新，應(yīng)用研究便不可持續(xù)。

6專利：少VS多

石墨烯技術(shù)專利最早優(yōu)先國家/地區(qū)分布

（來源：2018石墨烯技術(shù)專利分析報告）

美國：在檢索到的全球 51054 件專利（族）中，申請了美國專利的有 7652 件，約占15%。其申請者主要以IBM、沃爾貝克、美國納米技術(shù)儀器公司等大型跨國公司為主，重點布局于集成電路、晶體管、傳感器、信息存儲、增強復(fù)合材料等領(lǐng)域。

USPTO受理的石墨烯專利數(shù)量的年度變化趨勢

（來源：2018石墨烯技術(shù)專利分析報告）

中國：在檢索到的全球 51054 件專利（族）中，申請了中國專利的有 37521件，約占 73.5%，專利數(shù)量位居全球首位。集中于復(fù)合材料領(lǐng)域，其次為儲能、水/氣體處理、傳感器等領(lǐng)域。

我國受理的石墨烯專利公開數(shù)量年度變化趨勢（來源：2018石墨烯技術(shù)專利分析報告）對比：美國對石墨烯的研究早于中國，但近幾年的專利數(shù)量遠比不上中國。而且，近幾年，中國的石墨烯技術(shù)專利數(shù)量快速增長，美國在2015年以后反而有下降的趨勢，說明中國在石墨烯科研領(lǐng)域的熱度遠超美國，研究成果也遠多于美國。但由于美國具有嚴格的專利審核制度，專利的整體水平較高；而中國真正具有原創(chuàng)性和較大技術(shù)影響力的專利很少，有些重量輕質(zhì)且缺乏系統(tǒng)性。

7應(yīng)用：單層、高端VS復(fù)合、低端

美國：更多集中于單層石墨烯器件、電子信息和醫(yī)療健康等方面。

中國：側(cè)重于石墨烯復(fù)合功能材料領(lǐng)域的研發(fā)，比如儲能材料、涂料、改性纖維和熱管理材料等，其應(yīng)用領(lǐng)域以儲能、保暖理療、重防腐等為主。

對比：相比之下，我國的應(yīng)用領(lǐng)域及方向偏低端化。

8模式：集中VS分散

美國：已經(jīng)形成一套較為完善的產(chǎn)業(yè)組織體系，研究機構(gòu)、孵化器、大學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)讓辦公室、非盈利機構(gòu)和企業(yè)等各個主體分工明確且協(xié)同有序。同時，政府堅持集中、持續(xù)性的直接投入，尤其對基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、前沿性的研究，支持周期一般都在5年以上。

中國：針對石墨烯的“企業(yè)+研發(fā)機構(gòu)+孵化器/創(chuàng)新中心”的發(fā)展模式尚處于摸索起步階段，研究投入也較為分散。

對比：相比較而言，美國的模式的可持續(xù)性更強。

二、對我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的啟示

跟美國相比，我國有著豐富的石墨資源，國家高度重視石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)化方面走在國際前列，這些都領(lǐng)先于美國。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國各地有20多家在建或已建成的石墨烯研究院或產(chǎn)業(yè)基地，包括常州、無錫、北京、青島等先發(fā)城市，地方政府的相關(guān)財政資金也有望在未來幾年達到千億規(guī)模，已經(jīng)初步形成以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系。

我國石墨烯產(chǎn)業(yè)基地空間分布格局

但是，在媒體、資本的熱炒下，石墨烯也呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化虛假繁榮的泡沫和低端化趨勢，市場化應(yīng)用頻頻遇冷，遭到了人們的質(zhì)疑。尤其是在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，我國跟美國還有差距。只有通過重新審視我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和階段、以創(chuàng)新為驅(qū)動力邁向產(chǎn)業(yè)鏈中高端等一系列措施，才能在一擁而上的熱烈氛圍中保持清醒，真正做大做強石墨烯產(chǎn)業(yè)。

1.方向：重新審視和評估我國石墨烯發(fā)展方向和階段

一是把握國際研究的主流方向，在深入研究美國、歐盟、日本、韓國等國家的石墨烯發(fā)展策略、重點方向、研發(fā)布局等，對我國石墨烯的研發(fā)方向進行重新審視，避免方向的錯誤和偏差；二是將石墨烯重點研究方向與制造業(yè)強國戰(zhàn)略相統(tǒng)一，圍繞新一代信息技術(shù)、航空航天裝備、節(jié)能與新能源汽車、生物醫(yī)藥等重點領(lǐng)域發(fā)展需求，聚焦重點，從國家層面進行前沿性和戰(zhàn)略性方向、專利和產(chǎn)品的布局。

2.政策：遵循我國的階段性特征，加強頂層設(shè)計和政策指導(dǎo)

制定相應(yīng)的發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃和路線圖，對各階段的發(fā)展目標、產(chǎn)業(yè)布局、重點企業(yè)培育、關(guān)鍵技術(shù)突破、下游應(yīng)用行業(yè)、政策等進行統(tǒng)一部署，合理規(guī)劃產(chǎn)能和發(fā)展路徑，推進石墨烯差異化、特色化、集群化發(fā)展，避免低端同質(zhì)化重復(fù)建設(shè)。

3.技術(shù)：推動制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)的突破

整合各類創(chuàng)新資源，建立國家級石墨烯創(chuàng)新中心，制定技術(shù)創(chuàng)新目錄和技術(shù)突破路線圖，對材料制備技術(shù)、清潔生產(chǎn)技術(shù)、下游高端應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)加強攻關(guān)。設(shè)立石墨烯產(chǎn)業(yè)基金，采用政策性財政支出和社會資本共同參與的模式，加快關(guān)鍵技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化，尋找殺手锏級的高端應(yīng)用領(lǐng)域、方向和產(chǎn)品。

4.標準：加快石墨烯標準體系建設(shè)

一是積極參與國際標準制定，熟悉。

二是盡快研究制定一批國家標準和行業(yè)標準，建立標準規(guī)范體系。包括相關(guān)產(chǎn)品定義、檢測和使用標準、行業(yè)規(guī)范條件，從產(chǎn)業(yè)布局、生產(chǎn)工藝與裝備、清潔生產(chǎn)、質(zhì)量管理等方面加以規(guī)范。

5.人才：培育領(lǐng)軍型企業(yè)和人才

充分發(fā)揮產(chǎn)業(yè)政策和財政資金的引導(dǎo)作用，鼓勵社會資本參與，以培育具有國際競爭力的企業(yè)為目標，選擇少數(shù)真正有創(chuàng)新實力的企業(yè)進行重點培育，促進人才、資源、資本向優(yōu)勢企業(yè)集中；加強企業(yè)高端人才隊伍建設(shè)，結(jié)合國家“千人計劃”和國際合作項目等，幫助優(yōu)勢企業(yè)引進能夠帶來核心技術(shù)的高端人才或技術(shù)團隊，建立健全高端人才保障機制。

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