何大方，張 銘，史小軍*，高 巖，徐 袁

(1.常州大學(xué)，江蘇 常州 213164；2.江南石墨烯研究院，江蘇 常州 213149；3.常州市生產(chǎn)力發(fā)展中心，江蘇，常州 213131)

0 引言

石墨烯是由1個碳原子與周圍3個近鄰碳原子結(jié)合形成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)碳原子單層。單層石墨烯的厚度僅為0.35 nm，是目前已知最輕最薄的材料。它在室溫下的電子遷移率為2×105cm2/(V·s)，是光速的1/300，理論比表面積能夠達到2 630 m2/g，全波段光吸收只有2.3%，導(dǎo)熱率高達5 300 W/(m·K)，楊氏模量超過1 100 GPa，抗拉強度超過130 GPa，且韌性非常好，在光、電、熱、力等方面性能卓越，被譽為“材料之最”和“材料之王”[1]。2010年，石墨烯的發(fā)現(xiàn)使安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫榮獲當(dāng)年諾貝爾物理學(xué)獎。因其優(yōu)異性能，石墨烯有望在新能源、新材料(化工、結(jié)構(gòu)、功能等)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、電力電氣、穿戴電子、醫(yī)療衛(wèi)生、節(jié)能環(huán)保、海洋工程、航空航天、軍工等傳統(tǒng)領(lǐng)域和新興領(lǐng)域帶來革命性的技術(shù)變革，成為下一個萬億級新興產(chǎn)業(yè)[2-3]。

1 國內(nèi)外石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

世界各國皆將石墨烯提高到空前的戰(zhàn)略高度，投入大量人力、物力和財力搶占這一未來產(chǎn)業(yè)制高點。目前全球有80多個國家和地區(qū)開展了石墨烯相關(guān)研究，紛紛出臺了產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、扶持政策、戰(zhàn)略布局，并給予大量資金支持。中國、美國、歐盟、英國、日本、韓國先后從國家層面開展戰(zhàn)略部署，出臺多項扶持政策和研究計劃，處于石墨烯技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化前列。

1.1 國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國高度重視石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，綜合發(fā)展水平走在世界前列。截至2022年5月，在全國工商系統(tǒng)注冊的帶有石墨烯經(jīng)營范圍的企業(yè)多達58 079家，涉及石墨烯材料制備、應(yīng)用開發(fā)、終端應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)服務(wù)等各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實際開展石墨烯業(yè)務(wù)的企業(yè)超過3 000家，其中，材料制備領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)300多家，應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)超過1 000家。從石墨烯粉體的規(guī)?；a(chǎn)能力來看，粉體材料的年產(chǎn)能達到5 100 t，CVD薄膜年產(chǎn)能達650萬平方米，國外產(chǎn)能加到一起也沒中國多。從下游應(yīng)用來看，我國的石墨烯已經(jīng)初步形成了以新能源、涂料、大健康、節(jié)能環(huán)保、化工新材料、電子信息和生物醫(yī)療為主的七大產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域。2018年，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模已經(jīng)達到100億元，較2015年的6億元實現(xiàn)年均增長超過100%；2021全年石墨烯市場規(guī)模達到135億元左右。預(yù)計2022年，石墨烯市場規(guī)?？蛇_150億元，2025年有望達到1 000億元，成為全球最大的石墨烯消費國家。

我國已經(jīng)基本形成以長三角、珠三角和京津冀魯區(qū)域為聚合區(qū)，多地分布式發(fā)展的石墨烯產(chǎn)業(yè)格局，江蘇、浙江、北京、廣東等省市建立了近40家石墨烯產(chǎn)業(yè)園、石墨烯創(chuàng)新中心和石墨烯生產(chǎn)基地，其中部分產(chǎn)業(yè)園已形成較完整的產(chǎn)業(yè)鏈，基本覆蓋了從制備及應(yīng)用研究到石墨烯產(chǎn)品生產(chǎn)，直至下游應(yīng)用的全環(huán)節(jié)，常州、寧波、深圳、北京等城市走在全國前列。

1.2 國外石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

(1)美國。美國早在2008年就開始在國家層面開展石墨烯相關(guān)研究，重點支持石墨烯晶體管、能量存儲、超級電容器、生物技術(shù)等領(lǐng)域。當(dāng)前，美國石墨烯產(chǎn)業(yè)布局呈現(xiàn)多元化，并且產(chǎn)業(yè)鏈相對完整，基本覆蓋了從制備到應(yīng)用研究、產(chǎn)品、下游應(yīng)用的整個環(huán)節(jié)，科研院所與企業(yè)關(guān)系較為密切，科技成果轉(zhuǎn)化速率也更快。美國涉及石墨烯的企業(yè)不僅有諸如IBM、英特爾、波音、福特等研發(fā)實力強勁的大型企業(yè)，還有像美國納米技術(shù)儀器公司、沃爾貝克公司等以石墨烯為核心業(yè)務(wù)的中小型企業(yè)，他們對美國的石墨烯技術(shù)產(chǎn)生了深遠的影響。同時，美國是當(dāng)前全球石墨烯領(lǐng)域唯一有軍隊、國防部高程度支持研發(fā)與推廣的國家，其能源部、國防部、空軍科研辦公室、太空總署等多次出臺政策與資金支持石墨烯研究。

(2)歐盟。歐盟的石墨烯研究起步早且系統(tǒng)性強，并將石墨烯研究提升到戰(zhàn)略高度，資金支持力度大，基礎(chǔ)研究扎實。但是，由于涉及下游應(yīng)用的企業(yè)較少，產(chǎn)業(yè)化進程推進較慢。歐盟自2013年將石墨烯列為“未來新興技術(shù)旗艦項目”之一，計劃10年內(nèi)提供10億歐元資助，旨在把石墨烯和其他二維材料從實驗室推向社會，促進產(chǎn)業(yè)革命和經(jīng)濟增長。項目參與的企業(yè)主要包括空客、菲亞特-克萊斯勒汽車、漢莎技術(shù)公司、西門子和ABB等，重點支持石墨烯在5G、射頻識別、可穿戴柔性電源、化學(xué)傳感器、太陽能發(fā)電、高能電池、水過濾、遙感、生物傳感器、骨骼修復(fù)、大尺寸半導(dǎo)體等領(lǐng)域的應(yīng)用。

(3)英國。作為石墨烯的“誕生地”，英國在石墨烯的基礎(chǔ)研發(fā)方面居于全球領(lǐng)先地位，但從事商業(yè)開發(fā)的石墨烯企業(yè)較少。為加快英國石墨烯產(chǎn)業(yè)的研發(fā)及應(yīng)用，英國政府也投入巨資加快石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，主要圍繞曼徹斯特大學(xué)進行，先后在曼徹斯特大學(xué)成立了國家石墨烯研究院及石墨烯工程創(chuàng)新中心，以加速石墨烯的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用開發(fā)。目前，該創(chuàng)新中心已經(jīng)建成并投入使用，與First Graphene Ltd、Haydale石墨烯工業(yè)公司、Versarien plc公司建立合作，以開發(fā)石墨烯及其應(yīng)用產(chǎn)品。此外劍橋石墨烯研究中心同曼大國家石墨烯研究院一樣是英國石墨烯協(xié)同創(chuàng)新組織的一部分，定位是工程創(chuàng)新中心，主要任務(wù)是橋接學(xué)界和工業(yè)界，推動石墨烯及2D材料的產(chǎn)業(yè)化，促進應(yīng)用科研成果的市場化進程，重點強調(diào)2D材料相關(guān)的應(yīng)用。

(4)韓國。韓國石墨烯產(chǎn)業(yè)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合緊密，在基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)展較為均衡，整體發(fā)展速度較快。政府層面，韓國政府通過資金支持、整合研究力量等多方面加大支持力度；研究層面，韓國成均館大學(xué)、韓國科學(xué)技術(shù)院等均在石墨烯研究方面擁有較強的實力；企業(yè)層面，主要以韓國三星集團和LG公司為主，投入了巨大研發(fā)力量保證石墨烯應(yīng)用于柔性顯示、觸摸屏以及芯片領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。

(5)日本。日本依托良好的碳材料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，是全球最先進行石墨烯研究的國家之一，整體發(fā)展較為全面。包括日本東北大學(xué)、東京大學(xué)、名古屋大學(xué)等在內(nèi)的多所大學(xué)，以及日立、索尼、東芝等眾多企業(yè)都投入大量資金和人力從事石墨烯的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用開發(fā)，研究重點主要集中在石墨烯薄膜、新能源電池、半導(dǎo)體、復(fù)合材料和導(dǎo)電材料等領(lǐng)域。

2 常州市武進區(qū)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展起步早

武進是全國最早提出發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)的地區(qū)，2011年成立江南石墨烯研究院，是全球首個石墨烯應(yīng)用開發(fā)和研究機構(gòu)；2012年，常州二維碳素就率先發(fā)布了全球首款石墨烯電容式觸摸屏；2013年，常州二維碳素建成了全球首條3萬平方米石墨烯透明導(dǎo)電薄膜生產(chǎn)線，常州第六元素建成了全球首條年產(chǎn)100 t氧化石墨烯/石墨烯粉體生產(chǎn)線;2014—2015年，第六元素和二維碳素先后登陸新三板，成為全國最早一批石墨烯上市企業(yè);2015年常州石墨烯科技產(chǎn)業(yè)園獲批全國唯一的國家石墨烯高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地;2017年西太湖獲批建設(shè)全國首個石墨烯特色小鎮(zhèn);2021年，江南石墨烯研究院作為集群發(fā)展促進機構(gòu)申報的常州新型碳材料先進制造業(yè)集群入圍國家隊。

2.2 培育企業(yè)多

武進以西太湖為核心陣地，累計集聚石墨烯相關(guān)企業(yè)160多家，已完成了從研發(fā)設(shè)計到應(yīng)用生產(chǎn)的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，并涌現(xiàn)出了一批領(lǐng)軍企業(yè)，如石墨烯粉體領(lǐng)軍企業(yè)——第六元素，石墨烯薄膜領(lǐng)軍企業(yè)——二維碳素，石墨烯散熱膜領(lǐng)軍企業(yè)——富烯科技，石墨烯發(fā)熱膜領(lǐng)軍企業(yè)——二維暖烯，石墨烯屏蔽材料領(lǐng)軍企業(yè)——中超石墨烯，武進區(qū)石墨烯領(lǐng)軍企業(yè)占江蘇省的80%。

2.3 創(chuàng)新成果多

武進形成原創(chuàng)性石墨烯產(chǎn)品150余種，其中14項成果獲得全球合作和全國首創(chuàng)，比如全球首款手機石墨烯散熱膜、全球首款石墨烯重防腐涂料等。一批石墨烯示范應(yīng)用引發(fā)廣泛關(guān)注：富烯股份的石墨烯散熱膜成功應(yīng)用于華為手機，并獲華為哈勃投資，引起行業(yè)轟動；碳索科技的石墨烯粉末涂料成功進入中國鐵路，成為全國唯一的鐵路用石墨烯粉末涂料供應(yīng)商；杉元科技石墨烯導(dǎo)電劑已小批量交付比亞迪，將開啟石墨烯改性電池新篇章。此外，石墨烯高端光柵、石墨烯發(fā)泡EPS、石墨烯改性纖維、石墨烯屏蔽材料、石墨烯發(fā)熱系列產(chǎn)品等應(yīng)用均展現(xiàn)出廣闊的市場前景。

3 武進區(qū)石墨烯材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

3.1 創(chuàng)新能力薄弱

武進區(qū)利用先發(fā)優(yōu)勢，成功引進了瞿研、董國材等一批石墨烯領(lǐng)域的高層次創(chuàng)新團隊落戶，但是隨著北京、上海、深圳等更多地區(qū)開始重視石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，強化對石墨烯項目和人才的落戶支持后，武進區(qū)的比較優(yōu)勢明顯不足，對石墨烯高端人才團隊的吸引力和支撐力也受到挑戰(zhàn)。武進區(qū)石墨烯的企業(yè)主要以小微創(chuàng)業(yè)企業(yè)為主，以生存為目標(biāo)，更多專注于市場開拓，實現(xiàn)盈利的企業(yè)不多，企業(yè)難以從產(chǎn)品和市場積累資金，影響企業(yè)發(fā)展壯大，難以集聚高端人才和研發(fā)資源，技術(shù)攻關(guān)能力明顯不足。武進石墨烯產(chǎn)業(yè)的自身創(chuàng)新能力比較有限，雖然一些高校和產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新平臺開展石墨烯的應(yīng)用開發(fā)，但是支撐石墨烯創(chuàng)新研發(fā)的動力薄弱。

3.2 企業(yè)發(fā)展質(zhì)量不高

武進石墨烯企業(yè)以初創(chuàng)期的中小微企業(yè)為主，受到人才、資金、市場及疫情影響，企業(yè)發(fā)展緩慢。特別是2016年以后，新企業(yè)增量有限，成長起來的企業(yè)比較少，對產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和品牌提升作用不大。在市場方面，石墨烯產(chǎn)品的推廣難，市場開拓總體比較困難，主要是由于石墨烯的產(chǎn)品比較優(yōu)勢不突出，性能雖然有一定優(yōu)勢，但是價格較高，整合性價比沒有優(yōu)勢；石墨烯行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)滯后，導(dǎo)致石墨烯產(chǎn)品無法大規(guī)模推廣；行業(yè)固有利益難以打破，一些石墨烯產(chǎn)品性能突出，但是很多大型企業(yè)求穩(wěn)，不愿意使用新材料、新技術(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)品推廣困難。

3.3 項目有效投入偏低

早期資本市場石墨烯是“網(wǎng)紅”，處于講故事的階段，只要有項目就不缺資本投資，投資價格更是賣方市場。但是隨著石墨烯光環(huán)退卻，資本市場回歸理性，尤其是前幾年獲得投資的石墨烯項目發(fā)展達不到預(yù)期，投資方遲遲看不到回報預(yù)期，對石墨烯的懷疑態(tài)度在資本界蔓延。此外，很多上市公司只是通過參股或控股參與石墨烯產(chǎn)業(yè)，并未作為主營業(yè)務(wù)有實質(zhì)性投入。然而，國外涉足石墨烯的都是三星、IBM、英特爾、巴斯夫等行業(yè)巨頭，研發(fā)投入巨大，布局高端和前沿的領(lǐng)域，如可穿戴技術(shù)、半導(dǎo)體、生物醫(yī)藥等。

3.4 政策支撐含金量低

與國內(nèi)的先進地區(qū)相比，武進碳材料產(chǎn)業(yè)支持政策的力度偏低，2014年、2017年和2020年以區(qū)政府名義連續(xù)出臺3輪碳材料專項政策，具體由西太湖組織項目和兌現(xiàn)獎勵。對于碳材料企業(yè)引進的專業(yè)技術(shù)人員，生活費補貼和購房補貼等較低，政策兌現(xiàn)相對復(fù)雜，即人才不僅要滿足學(xué)校等級的要求，也要滿足專業(yè)的要求，更要所學(xué)專業(yè)和在企業(yè)所從事工作保持一致。西太湖受到環(huán)保、節(jié)能、安監(jiān)、土地等環(huán)節(jié)的制約，對于碳材料項目落地確實存在限制條件，在具體項目評審中，管理部門會有一刀切的情況。

3.5 頂層設(shè)計機制欠缺

區(qū)級石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組統(tǒng)籌推進石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的力度不足，在工作理念方面，全區(qū)行政服務(wù)思維包容心態(tài)不夠。石墨烯是新興產(chǎn)業(yè)，不能偏重于苛求項目的銷售和稅收，而要看成長性和發(fā)展?jié)摿Α?020年武進區(qū)提出了打造“一核多區(qū)”的先進碳材料產(chǎn)業(yè)布局，以西太湖為核心，全區(qū)多地發(fā)展先進碳材料產(chǎn)業(yè)的格局，但是實際中區(qū)級層面還沒有結(jié)合全區(qū)其他版塊不同產(chǎn)業(yè)特點做與碳材料發(fā)展的統(tǒng)籌和推進工作，也沒有關(guān)注和研究建立同一企業(yè)在不同區(qū)域內(nèi)分公司的利益及稅收分享分配機制，全區(qū)先進碳材料的統(tǒng)籌布局和系統(tǒng)性思維還不充分。

4 武進區(qū)石墨烯材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策與建議

4.1 提升產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力

加強與英國、美國、歐盟等國家和地區(qū)的交流合作，積極吸引英國曼徹斯特大學(xué)、英國石墨烯工程技術(shù)中心等知名高校和機構(gòu)到常州設(shè)立技術(shù)轉(zhuǎn)移中心、研發(fā)分支機構(gòu)及實施創(chuàng)新成果。加強與國內(nèi)發(fā)達地區(qū)合作，重點與北京石墨烯技術(shù)研究院、寧波石墨烯創(chuàng)新中心等合作聯(lián)動，承擔(dān)國家石墨烯創(chuàng)新中心的分中心和產(chǎn)業(yè)化基地等任務(wù)，匯聚一批優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新資源。加強與長三角地區(qū)的南京工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等高校院所的交流合作，圍繞學(xué)校碳材料優(yōu)勢領(lǐng)域和領(lǐng)軍團隊，爭取在武進區(qū)建設(shè)碳材料研發(fā)中心。

鼓勵企業(yè)建設(shè)研發(fā)機構(gòu)，支持石墨烯企業(yè)創(chuàng)建國家級和省市級重點研發(fā)平臺，重點推動第六元素、富烯科技等企業(yè)建設(shè)省級企業(yè)研發(fā)機構(gòu)，推動富烯科技、第六元素等企業(yè)與江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院合作建設(shè)企業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新中心。強化武石墨烯企業(yè)與江蘇省石墨烯創(chuàng)新中心、常州大學(xué)碳材料研究院等本地機構(gòu)深化合作，提升企業(yè)的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新水平。建立共性技術(shù)難題揭榜制度，深化與常州大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校的交流合作，推動高校專家團隊與武進石墨烯企業(yè)開展深度合作，解決企業(yè)技術(shù)難題，推動技術(shù)成果落地。發(fā)揮好江南石墨烯研究院、江蘇省石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟等平臺作用，組織各類活動，促進技術(shù)交流，提升企業(yè)的應(yīng)用開發(fā)水平。

4.2 招培聯(lián)動培育企業(yè)

圍繞石墨烯熱管理、石墨烯大健康、石墨烯新能源等技術(shù)成熟度較高、市場應(yīng)用規(guī)模較大的方向，積極招引上市公司、行業(yè)龍頭企業(yè)的重大產(chǎn)業(yè)化項目，迅速做大石墨烯產(chǎn)業(yè)的整體規(guī)模。進一步招引石墨烯在半導(dǎo)體、傳感器、生物醫(yī)藥、航空航天、軌道交通等領(lǐng)域的應(yīng)用項目，拓展石墨烯高端應(yīng)用。加強龍頭培育，要明確培育重點，建立重點企業(yè)培育庫，為第六元素、富烯科技等重點企業(yè)提供專項服務(wù)，解決企業(yè)發(fā)展的突出問題。建立企業(yè)梯度培養(yǎng)計劃，打造科技型中小微企業(yè)、規(guī)上企業(yè)、高新技術(shù)企業(yè)、專精特新企業(yè)、 行業(yè)單打冠軍、上市(后備)企業(yè)的培育梯隊。要加強上市培育，建立上市后備企業(yè)培育庫，推動上市輔導(dǎo)和企業(yè)股改，對第六元素、富烯科技等已準(zhǔn)備上市企業(yè)要強化輔導(dǎo)和跟蹤，協(xié)助企業(yè)解決上市問題。

4.3 優(yōu)化完善支持政策

制定和完善新一輪石墨烯項目招商專項政策，加大支持力度，提高對石墨烯創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊的吸引力。圍繞石墨烯產(chǎn)業(yè)化較為成熟的產(chǎn)品，在石墨烯小鎮(zhèn)等范圍內(nèi)布局落地一批石墨烯應(yīng)用示范工程，推動石墨烯產(chǎn)品的示范應(yīng)用，幫助石墨烯企業(yè)提供展示場景、開拓市場、獲取客戶。認真落實常州市政府創(chuàng)新產(chǎn)品首購專項政策，對石墨烯等創(chuàng)新產(chǎn)品進行傾斜采購。

加快編制新一輪人才政策，聚焦海內(nèi)外人才集聚，集聚更多的海內(nèi)外頂尖人才、杰出人才、領(lǐng)軍人才、管理人才、高技能人才、青年人才。聚焦高層次石墨烯人才發(fā)展的新環(huán)境，在西太湖創(chuàng)客公寓、國際人才社區(qū)配套規(guī)劃“青年驛站”，提供一定的免費住宿和就業(yè)咨詢等綜合服務(wù)，對“高精尖缺”人才發(fā)放“常商服務(wù)·龍城英才卡”，提供政務(wù)服務(wù)、體檢就診、旅游觀光、通行便利、子女教育等方面的優(yōu)質(zhì)精準(zhǔn)服務(wù)。

4.4 做優(yōu)做強頂層設(shè)計

建議區(qū)政府結(jié)合常州市“532”戰(zhàn)略和“兩湖”發(fā)展的規(guī)劃，編制《武進區(qū)石墨烯及碳材料產(chǎn)業(yè)三年行動計劃》，積極總結(jié)經(jīng)驗，對標(biāo)找差，緊緊圍繞東方碳谷定位，謀劃未來3年武進區(qū)石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向、目標(biāo)和工作舉措。積極打造“一核多區(qū)”的全區(qū)先進碳材料產(chǎn)業(yè)布局，一核就是西太湖科技產(chǎn)業(yè)園，重點發(fā)展石墨烯，兼顧碳纖維復(fù)合材料、碳納米管及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)；多區(qū)就是武進高新區(qū)、常州科教城及相關(guān)重點鄉(xiāng)鎮(zhèn)。武進高新區(qū)重點發(fā)展碳碳復(fù)合材料，常州科教城重點依托園內(nèi)新型研發(fā)機構(gòu)，布局碳材料的創(chuàng)新型項目，積極發(fā)展碳基復(fù)合材料項目。探索建立同一企業(yè)在不同區(qū)域內(nèi)分公司的利益和稅收分享分配機制。