1、板块介绍

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，单层的石墨烯是由一层密集的碳六元环构成，它的厚度为0.335nm左右，是目前为止最薄的二维纳米碳材料。石墨烯材料具备优异的导电性、出色的机械性能、极高的导热性、超大比表面积、优异的阻隔性能等，在锂电池导电浆料、涂料涂层、导热膜、柔性显示以及传感器方面都有应用，被称为“新材料之王”。

石墨烯属于题材性行业，从整个石墨烯产业来看，主要涉及原料（石墨矿）、设备、生产（包括中间产品）、应用这四个领域，其中石墨烯的生产和应用为产业链上最为核心的两个环节。

2、石墨与石墨烯的区别

人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片，当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构，石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

3、石墨烯产业链

4、石墨烯制备

石墨烯产品可以分为薄膜和粉体两类，比较主流的石墨烯制备方法有氧化还原法、化学气相沉积法、液相剥离法和外延生长法，不同制备方法获得的石墨烯在品质和成本上差别较大，相应产品的适用领域也有差异。

石墨烯粉体主要由球磨剥离法、气相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。石墨烯薄膜主要由机械胶带法、气相沉积法和外延生长法等制备，其中气相沉积法可以制备大尺寸的石墨烯薄膜。因此，氧化还原法和气相沉积法被分别认为是最有希望实现石墨烯粉体和薄膜大规模制备的方法。

5、石墨烯特性介绍

石墨烯是一种二维的纳米材料，严格意义来讲，石墨烯是单原子层，但通常大家也将少层石墨烯（<10层）和石墨烯微片（5-100nm）称为石墨烯。

目前石墨烯材料分为两类，一类是由单层或多层石墨烯构成的薄膜，另一种是由多层石墨烯构成的微片。石墨烯薄膜又分为单晶薄膜和多晶薄膜。其中单晶薄膜可以用于集成电路等电子领域，但是产业化尚待时日。而多晶薄膜有望在5-10年内实现产业化应用，用于制造触摸屏（特别是柔性制造屏）和其他需要透明电极的领域。除了纯石墨烯之外，另外还有很多石墨烯衍生物，未来也会有较为广泛的应用。

单层高纯度小规格石墨烯价格非常高，利润也较丰厚，目前还存在无法量产的问题，供远远小于求，应用于石墨烯电池的技术也有一定的进展。一旦关键问题有更成熟的工业化方法来解决，相信石墨烯电池产业也将很快迎来春天。目前能够量产的应用主要在石墨烯粉和多层石墨烯上。

石墨烯层数越少，性能越独特，相应的制备难度也越大。以单层石墨烯为例，它的导热能力是铜的十倍，电子迁移率在室温下可达光速的1/300，同时力学性能（强度）可达钢材的数百倍。而一旦层数超过5层，石墨烯的导热导电等性能都会逐渐下降，可应用范围缩窄。

6、石墨烯应用

从整个石墨烯产业来看，主要涉及原料（石墨矿）、设备、生产（包括中间产品）、应用这四个领域，其中石墨烯的生产和应用为产业链上最为核心的两个环节。

石墨烯目前正处于产业化攻坚阶段。目前石墨烯产业关键和难点是相关材料的制备、转移技术和上下游产业链整合，上述进程推进尚需假以时日。鉴于石墨烯优良的性质和未来广阔的应用空间，看好当前有相应技术储备的公司，或与研究机构有广泛合作的公司，未来一旦石墨烯顺利产业化，此类公司的研究成果有望快速转化为公司业绩，在产业竞争格局中占据有利地位。

有关石墨烯产业化相关专利，中国排名第一，技术储备相对丰厚。未来一旦石墨烯大规模产业化成功，中国有望在未来全球石墨烯产业格局中占据先机。

目前涉及到石墨烯业务的上市公司较多，绝大部分处于研发试验或新涉阶段，但有少部分主业有业绩，这部分石墨烯业务有转化为商业化应用可能性的公司。

随着石墨烯加工工艺的不断改进，其成本已经下降至2011年的十分之一（低于200元/公斤），良率和一致性也有了很大提升。

产业方向：

市场普遍认为石墨烯技术尚不成熟，远远不到产业化的时候。但是，近几年在资本市场和政府政策的持续推动下，石墨烯的生产技术和成本都有了很大进步。

类似于导电添加剂、触摸屏、导热膜等应用已经有批量应用，相关公司收入都已超过千万级别且还在快速提升（部分公司甚至靠销售石墨烯产品已然能够产生利润）。石墨烯有望在未来一至两年内进入产业化阶段，代表性标志比如石墨烯企业收入超过亿元、明星企业开始大量采用石墨烯产品。

从产业化实现角度看，石墨烯有望最先应用于电子技术领域。

1.石墨烯电极，目前应用重点*

石墨烯是制备高性能充电电极的优选材料。石墨烯在电池领域的应用比较多元化，目前，石墨烯粉体作为导电添加剂添加至锂电池可有效改善电极材料的导电性能和倍率性能，目前已率先实现产业化。电动汽车最大的瓶颈是安全、高性能、快速充放电的低成本动力电池，能够有效提升动力电池容量并实现快速充电，将直击目前消费电子与新能源汽车电池的两大痛点。从这个角度来看，动力电池可能是石墨烯真正爆发性应用的契机。

从技术难度来看，对电池类应用方面，要求石墨烯的品质不高，中低端的石墨烯粉体材料就足以初步提升电池的相关性能。

石墨烯粉体虽没有单层或双层石墨烯比表面积、导电导热和强度等物理性质优异，但作为电极材料已初步满足锂电池电极及导电材料的要求，且价格是单层石墨烯的近千分之一，可以量产。

1）石墨烯导电浆料销量呈爆发式增长，下游放量十分迅猛，产业化进展超预期。同时导电浆料分散技术与石墨矿资源，决定了石墨烯导电剂并非一般化学品，不会轻易的产能过剩。

2）石墨烯导电剂的应用不局限于锂电池，在铅酸电池领域的应用也已悄然推进，让企业得以降本增效、提供差异化产品摆脱低端同质化竞争，前景同样广阔。

3）导电浆料的技术壁垒与毗邻优质大鳞片石墨矿的资源壁垒，决定了石墨烯导电浆料相对高的准入门槛，石墨烯导电剂不会像一般化学品一样，随着大批新增产能涌入而进入产能过剩阶段。石墨烯导电剂价格在未来2年内，有望一直保持在7万元/吨的水平。

2.应用于太阳能电池领域，替代多晶硅

目前太阳能研究的主要方向之一是利用有机化合物（即含碳化合物）代替昂贵的高纯度硅板，以制作价廉质轻且柔性的太阳能电池。石墨烯制成的透明导电薄膜，不仅具备导电、透明等太阳能转换器件所必备的性质，还具备金属材料所不具备的柔性。

目前的单层石墨烯太阳能电池转换效率大约在8%左右，最高转换率为15.6%，如果石墨烯的太阳能电池的转换效率能够进一步提升，同时生产成本能够进一步降低，未来应用前景显著拓宽。

3.超级电容器

超级电容器是基于高比表面积炭电极/电解液界面产生的电容、或者基于过渡金属氧化物/导电聚合物的表面及体相所发生的氧化还原反应来实现能量存储和转换的电子元件。其构造和电池类似，主要包括正负电极、电解液、隔膜和集流体。

试验证明，石墨烯有望成为新型高效的超级电容器电极材料。目前，已经研究出以石墨烯为基础的新型微型超级电容器，此类电容器外形小巧，充放电速率高，同时具备极佳的机械柔性。与传统固态电解质相比，石墨烯电介质可显著提升电容器容量及耐用时间，可以与薄膜型锂离子电池相媲美。这种新颖的石墨烯微型电容器有望应用于MEMS系统、便携式电子设备、无线传感网络、柔性显示器、电子报纸，及其多种生物体内电子设备的储能器件。

研究表明，石墨烯超级电容器的充放电速度比传统电池快1000倍。此项技术若能商业化，未来汽车或手机充电时间有望缩短至数秒级别。目前，超级电容器主要的技术瓶颈在于提升介质能量密度，同时需要将成本降低。如果超级电容器在技术上实现突破，则未来的应用范围有望大幅提升。 

4.石墨烯触摸屏

触摸屏是石墨烯未来应用的又一大热点。近几年随着智能手机和平板电脑的大规模普及，全球触摸屏需求量也随之大幅增加。预计未来此种增长需求仍将持续。

石墨烯在显示领域更大的看点在于柔性触控领域，实验证明，石墨烯薄膜弯折10000次后，其导电率仍然保持良好。随着市场对柔性显示需求增加，石墨烯薄膜也将迎来重大发展机会。
据有关市场调研机构预测，2014年全球触摸屏的市场需求为4000万平米，2019年会超过8000万平米，2024年超过1亿平米。乐观估计，2015年石墨烯薄膜潜在市场空间为21.6亿。

石墨烯触摸屏研究处于前列的国家有美国、英国、日本和韩国，而目前开始产业化的公司也有韩国三星、日本索尼、二维碳素、美英的CambriosTec以及3M。日本东丽、东芝、索尼产研和信越化学、三星等厂商在石墨烯研究方面进展迅速。

5.纳米传感器

与传统的传感器相比，纳米传感器具备尺寸小，精度高的特性。更为重要的是，原子级别的传感器与宏观传感器相比，具备多种独有的微观性质，显著拓宽了传感器的应用领域。纳米传感器广泛应用于生物、化学、机械、航空、军事等方面。目前主要的纳米传感器主要包括纳米磁敏传感器、纳米生物传感器和纳米光纤传感器。由于纳米传感器尺寸主要取决于探针针头大小，所以传感器尺寸显著减小，同时相应时间大大缩短，满足微观高精度测量需要。随着工业生产和环境监测的需要，纳米气敏传感器的研发获得了长足的进展，未来有望率先实现商业化应用。 

6.LED散热材料

与传统光源一样，LED在工作期间也会产生热量，而热量多少取决于发光效率。在外加电能作用下，电子和空穴的辐射发生电致发光，在PN结附近辐射出来的光经过芯片本身介质和封装介质才能抵达外界。综合电流效率、辐射发光量子效率、芯片外部光透出效率等，最终只有约30-40%的电能转化为光能，其余60-70%的能量主要以非辐射点阵振动的形式转化热能。

石墨烯由于其超高的载流子迁移率和导热效率，未来有望成为LED导热领域的新型应用材料。目前报道有科研机构利用分离出的石墨烯制备复合材料，以研发取代IC产业用硅晶圆，不仅用于触控面板的透明导电极，同时还可解决LED照明的散热问题。

未来有望采用石墨烯解决LED照明散热问题，以生产更大功率的LED照明设备。

7.石墨烯集成电路

半导体产业界存在著名的摩尔定律:芯片的集成度每18个月至2年提高一倍，即加工线宽缩小一半。人们普遍认为，这一定律在未来十年内将继续有效，而十年之后，摩尔定律将很难继续有效。主要原因在于，硅材料的加工极限一般为10纳米线宽，尺寸再继续下去，将会产生量子效应，原有的宏观物理原理不再适用。以此，电路线宽小于10纳米，产品的性能稳定将无法保证。

可是现在，石墨烯和碳纳米管等新材料的出现，极有可能打破摩尔定律的天花板。相比硅材料，石墨烯和碳纳米管的电子迁移率更高、尺寸更小，同时具备良好的导热性和载流子传导率，可以用于制作性能优良的微电子器件。

未来石墨烯集成电路有望使智能手机、平板电脑和可穿戴电子设备等电子终端运行速度更高、能效更低、成本更低。

8.医疗领域

作为一种二维平面结构的新型碳纳米材料，石墨烯具有优异的力学、热学及电学性质。未来有广泛应用于纳米电子器件、传感器、药物载体等医疗领域。

生物传感器是生命分析化学及生物医学领域中的重要研究方向，已广泛应用于临床疾病诊断和治疗研究。石墨烯制成的生物传感器对生命分析领域的快速发展具有重要现实意义。

9.2019年4月消息，据日本联合研究小组从数学角度设计了由单层碳原子构成的石墨烯边缘构造，并通过在石墨烯的边缘结构中化学掺杂氮和磷，有目的地形成了几何变形。计算发现，拥有化学掺杂边缘结构的石墨烯具有很高的氢生成能力，能大幅增强氢生成反应，获得的结果与使用高价贵金属铂接近。

7、产业链代表公司