中國儲能網(wǎng)訊：科幻電影《流浪地球2》中的太空電梯，曾給觀眾帶來極大視覺沖擊，其關鍵材料，就是當今科學界功能性最強的新材料之一——石墨烯。
石墨烯，由單一的碳元素組成，具有良好的導電、滲透性能，能夠支撐數(shù)百萬倍自身重量的負載，在當今的主流科幻作品中經(jīng)常作為“幕后技術顧問”，為故事中一個個令人驚奇的科幻設定提供強大的“現(xiàn)實基礎”。
我國石墨烯產(chǎn)業(yè)經(jīng)過十余年的發(fā)展，已從初期的技術導入階段邁入產(chǎn)業(yè)優(yōu)化整合的新階段。隨著制備技術的成熟和應用場景的拓展，產(chǎn)業(yè)重心逐漸從“技術驅動”轉向“應用牽引”。未來3至5年，石墨烯產(chǎn)業(yè)有望形成“以應用拉動產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展格局。相關企業(yè)應堅定主攻方向，專注于關鍵技術的突破和高附加值產(chǎn)品的開發(fā)，避免盲目擴張和低水平重復建設。同時，加強與高校、科研院所的合作，提升研發(fā)能力和創(chuàng)新水平，推動石墨烯在電子信息、新能源、航空航天等領域的應用。此外，積極參與國際標準的制定和認證，拓展海外市場，提升國際競爭力。通過不斷的技術創(chuàng)新和市場拓展，石墨烯有望在未來的高科技產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮更大的作用。
本版文字除署名外由 中石化（上海）石油化工研究院有限公司 孫 賽 蔣建忠 董文芊 提供
從基礎研究到產(chǎn)業(yè)化應用快速發(fā)展
石墨烯作為一種具有優(yōu)異性能的新材料，自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，經(jīng)歷了從基礎研究到產(chǎn)業(yè)化應用的快速發(fā)展過程。
在國際上，石墨烯的研究和應用取得了顯著進展。例如，歐洲啟動了“石墨烯旗艦計劃”，投資10億歐元用于石墨烯的研究和商業(yè)化應用；美國則通過國家納米技術計劃（NNI）支持石墨烯的研究。
在國內(nèi)，2024年1月，中國五礦王炯輝研究員牽頭的團隊在天然石墨球化領域取得重大突破，發(fā)現(xiàn)了鱗片石墨碰撞嵌合為主的球形石墨生成機理，首次提出影響石墨球化生成的關鍵因素，為天然石墨球化理論的研究作出了重要貢獻。
我國高度重視石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出臺了一系列政策支持其技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。2012年，工信部發(fā)布《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，首次明確提出支持石墨烯新材料發(fā)展；2015年，《中國制造2025》將石墨烯列為重點發(fā)展的戰(zhàn)略前沿材料；2019年，工信部發(fā)布的《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2019年版）》中，累計9種石墨烯材料入選。各地政府也積極推動石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如北京市在2024年11月發(fā)布了《北京市石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施方案（2024-2027年）》，旨在引領全國石墨烯技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快形成未來材料產(chǎn)業(yè)新質生產(chǎn)力。
在國家及地方政策的有力支持下，石墨烯在多個前沿領域的應用不斷拓展，未來有望在推動新材料產(chǎn)業(yè)升級和高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用。
制備技術多樣且已初具產(chǎn)業(yè)規(guī)模
石墨烯的制備技術多樣，主要包括機械剝離、化學氧化還原、化學氣相沉積（CVD）和物理法液相剝離等。機械剝離法可獲得高質量的單層石墨烯，但產(chǎn)量低、成本高，難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)；化學氧化還原法通過氧化石墨生成氧化石墨烯，再還原為石墨烯，工藝簡便、成本較低，但產(chǎn)物中常含有缺陷，影響其電學性能；CVD法可在金屬基底上生長大面積高質量石墨烯，適用于電子器件制造，但設備投資大、工藝復雜；物理法液相剝離利用超聲波或剪切力將石墨剝離成石墨烯，具有成本低、工藝簡單、易于規(guī)模化等優(yōu)點，適合大批量生產(chǎn)。
液相剝離技術的原理是通過超聲波或高剪切力將石墨層間的范德華力破壞，使其剝離成單層或少層石墨烯。該方法操作條件溫和，無須高溫高壓，設備簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。然而，傳統(tǒng)的超聲波輔助液相剝離存在能耗高、產(chǎn)率低的問題。為提高效率，研究者開發(fā)了高剪切混合、微流體化等新型剝離技術，并通過優(yōu)化溶劑體系、引入表面活性劑等手段，提升石墨烯的剝離效率和穩(wěn)定性。此外，功能化處理也有助于改善石墨烯的分散性和應用性能。
全球石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈可分為上游、中游和下游三個環(huán)節(jié)。上游主要包括石墨原料的開采和供應；中游涉及石墨烯的制備和功能化處理；下游則涵蓋電子、能源、復合材料、生物醫(yī)療等應用領域。在國際市場上，中國、美國、韓國、英國等國家在石墨烯產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要地位。例如，英國的Paragraf公司專注于高質量石墨烯晶圓的生產(chǎn)，推動其在半導體和生物傳感器領域的應用；俄羅斯的OCSiAl公司是全球最大的石墨烯納米管制造商，擁有工業(yè)規(guī)模的合成技術，產(chǎn)品廣泛應用于電池、涂料等領域；英國的Levidian Nanosystems公司利用生物氣體廢棄物生產(chǎn)高質量石墨烯，實現(xiàn)了資源的高效利用。
我國的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已初具規(guī)模，形成了常州、寧波等產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)。常州的二維碳素、寧波的墨?？萍嫉绕髽I(yè)在石墨烯制備和應用方面具有較強的競爭力。此外，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和技術平臺的建立也促進了資源整合和技術創(chuàng)新。然而，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)仍面臨標準不統(tǒng)一、下游應用滲透率低等挑戰(zhàn)。為解決這些問題，需要加強標準體系建設，推動高質量產(chǎn)品的研發(fā)，拓展下游應用市場，提升整體產(chǎn)業(yè)競爭力。
石墨烯未來在多個關鍵領域應用前景廣闊
石墨烯因其優(yōu)異的物理化學性能，在多個關鍵應用領域展現(xiàn)出廣闊的前景。
在防腐涂料與復合材料領域，石墨烯的高比表面積和優(yōu)異的阻隔性能使其成為理想的添加劑。研究表明，石墨烯基防腐涂料在海洋、橋梁、石化等工業(yè)防腐場景中表現(xiàn)出色，其使用壽命可比傳統(tǒng)涂料延長一倍以上。液相剝離法制備的石墨烯具有良好的分散性和與涂料的相容性，能夠在涂層中形成致密的屏障層，顯著提高防腐性能。市場方面，石墨烯防腐涂料的需求正在快速增長，預計未來幾年將保持高速增長態(tài)勢。國內(nèi)企業(yè)，如中石化（上海）石油化工研究院、新成石墨等正在積極布局，擴大產(chǎn)能，以滿足市場需求。
在柔性電子與傳感器領域，石墨烯的高導電性、柔韌性和透明性使其成為柔性顯示、智能穿戴和印刷電子等應用的理想材料。石墨烯油墨可用于制備柔性電極和導電線路，滿足高性能柔性電子器件的需求。液相剝離法制備的石墨烯在柔性電子器件的成膜和圖案化方面具有優(yōu)勢，能夠實現(xiàn)大面積、低成本制備。隨著柔性電子市場的快速發(fā)展，石墨烯在該領域的應用前景廣闊。
在新能源方向，石墨烯在鋰離子電池和超級電容器中具有重要應用。石墨烯可用于鋰離子電池的負極材料、導電劑和隔膜涂層等環(huán)節(jié)，提升電池的倍率性能、循環(huán)壽命和能量密度。此外，石墨烯與硅碳、固態(tài)電池的復合也成為研究熱點，有望突破現(xiàn)有技術瓶頸，進一步提升電池性能。隨著電動汽車和儲能市場的快速增長，石墨烯在新能源領域的應用將持續(xù)擴大。
在熱管理與散熱材料方面，石墨烯的高導熱性使其成為電子產(chǎn)品和汽車等領域的理想散熱材料。石墨烯導熱膜和填料可用于提高器件的熱導率、降低熱阻、提升散熱效率。散熱涂料的設計思路主要是利用石墨烯的高導熱性和良好的分散性，形成高效的熱傳導通道。然而，石墨烯在實際應用中仍面臨工藝挑戰(zhàn)和材料穩(wěn)定性問題，需要進一步優(yōu)化制備工藝和材料性能。
石墨烯在多個關鍵應用領域展現(xiàn)出廣闊的前景。隨著制備技術的不斷進步和產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善，石墨烯的應用將進一步拓展，推動相關產(chǎn)業(yè)的升級和發(fā)展。
構建石墨烯領域競爭優(yōu)勢的對策建議
目前，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)正處于從實驗室研究向商業(yè)化應用轉型的關鍵階段。企業(yè)在技術路徑選擇、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)業(yè)協(xié)同及未來戰(zhàn)略等方面的決策，將直接影響其在全球新材料競爭格局中的地位。
在技術路徑選擇方面，液相剝離法因成本低、工藝簡單、易于規(guī)?；葍?yōu)勢，成為許多企業(yè)的首選。為提高效率，企業(yè)需在原料選擇、剝離工藝、分散與穩(wěn)定控制等方面持續(xù)優(yōu)化。此外，構建技術壁壘也是企業(yè)提升競爭力的關鍵。通過專利布局、設備自主化、工藝標準化等措施，企業(yè)可以在技術上形成獨特優(yōu)勢。產(chǎn)品形態(tài)的升級也是技術深化的重要方向，從粉體向漿料、預分散液、功能母液等高附加值產(chǎn)品轉變，有助于拓展應用領域，提升產(chǎn)品附加值。
在產(chǎn)品開發(fā)方面，企業(yè)應以應用場景為導向，深耕某一細分市場，形成應用閉環(huán)。例如，在防腐涂料領域，石墨烯企業(yè)通過與終端客戶共研產(chǎn)品，定制功能化解決方案，可以更好地滿足市場需求。此外，從“賣材料”到“賣體系”的商業(yè)模式升級，也是企業(yè)提升競爭力的重要途徑。通過提供整體解決方案，企業(yè)可以增強客戶黏性，提升品牌價值。
在產(chǎn)業(yè)協(xié)同方面，企業(yè)應加強與高校、科研院所的合作，增加研發(fā)深度。通過共建聯(lián)合實驗室或中試平臺，企業(yè)可以加快技術轉化，增強創(chuàng)新能力。此外，與涂料、電子、能源等企業(yè)的合作，有助于拓展應用領域，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)融合。拓展海外客戶資源，參與國際標準與認證，也是企業(yè)提升國際競爭力的重要手段。通過與全球領先企業(yè)的合作，企業(yè)可以借鑒先進經(jīng)驗，提升自身水平。
此外，企業(yè)在技術方面，應更加注重工藝降本、批次穩(wěn)定性、綠色制備等方面的優(yōu)化；在市場層面，應關注政策動向，積極參與應用示范工程；在管理層面，應打造核心產(chǎn)品，堅持長期主義，強化品牌建設。
中國石化在行動
上海院：成功開發(fā)多款石墨烯重防腐涂料
本報訊 面對石化行業(yè)日益嚴峻的腐蝕挑戰(zhàn)，高性能環(huán)保型重防腐材料成為關鍵技術方向。上海院自2019年起開展高品質粉體石墨烯制備研究，2021年起聚焦石墨烯在防腐涂料中的工業(yè)應用，圍繞分散性、界面相容性等難點持續(xù)攻關，形成自主改性分散與涂裝技術。近年來成功開發(fā)出5款石墨烯重防腐涂料，產(chǎn)品附著力大于等于16兆帕，鹽霧試驗大于2000小時，耐壓達70兆帕，同時具備優(yōu)異的耐酸堿、原油、硫化氫等介質腐蝕能力，適用于高鹽高濕、晝夜溫差大等環(huán)境。
2025年，該產(chǎn)品在銷售華東陳山油庫實現(xiàn)首次規(guī)?；I(yè)應用。該油庫地處沿海，環(huán)境具有代表性，對材料防護性能要求極高。此次成功應用標志著石墨烯防腐技術實現(xiàn)實用化突破，相關產(chǎn)品已通過C5等級重防腐認證，入選中國石化化工新材料十大產(chǎn)品及技術攻關清單。（孫 賽 蔣建忠 董文芊）
銷售華東：加快石墨烯重防腐涂料推廣應用
本報訊 銷售華東陳山油庫地處沿海，在強紫外線、高鹽、高濕的腐蝕環(huán)境中，儲罐使用壽命與安全性能受到嚴重影響。以往，防腐材料主要以環(huán)氧富鋅為主，易出現(xiàn)剝落粉化現(xiàn)象。為解決這一難題，銷售華東引進由上海院自主研發(fā)的石墨烯重防腐涂料。
石墨烯重防腐涂料可為金屬提供長期保護作用，具備優(yōu)異的抗高壓、抗腐蝕氣體腐蝕能力，同等條件下，其抗鹽霧腐蝕性能提升95%，同時附著力強、韌性高。
銷售華東全力保障現(xiàn)場組織，緊盯過程管控，在項目施工過程中嚴格執(zhí)行高標準質量控制，穩(wěn)步推進標準化工地建設，于4月完成陳山油庫12號罐防腐試驗，現(xiàn)場施工面積約5300平方米。經(jīng)現(xiàn)場施工測算，石墨烯涂料涂布率較過往涂料提升64%，減少了防腐涂料總用量。同時，石墨烯涂料預計保護期限逾十年，大幅節(jié)省了維護成本，降低了安全風險。當前，銷售華東正逐步加快石墨烯重防腐涂料在油庫碼頭輸油臂、棧橋管線等關鍵部位的推廣應用。（沈益萍 徐 亮）
SEG洛陽技術研發(fā)中心：全流程技術支持石墨烯涂層應用
本報訊 近日，SEG洛陽技術研發(fā)中心聯(lián)合上海院，針對不同應用場景開發(fā)石墨烯涂層配套體系及施工工藝技術，并在銷售華東陳山油庫成功實現(xiàn)全流程標準化施工，填補了相關技術空白。
該中心項目團隊基于不同地域石化企業(yè)大氣腐蝕環(huán)境特點，結合耐鹽霧、耐人工老化、耐酸及耐堿等實驗室模擬加速實驗研究，通過考察比對噴砂參數(shù)、稀釋劑用量、涂裝方式、粗糙度等因素對涂層質量的影響規(guī)律，明確了施工過程的關鍵參數(shù)，形成了針對石墨烯重防腐涂料的施工工藝。為解決涂層維護過程中存在的“過修”“欠修”問題，他們開發(fā)了涵蓋新建和維修場景的系列石墨烯涂層配套體系及施工技術規(guī)范，為現(xiàn)場高質量施工提供了堅實可靠的技術支撐。在陳山油庫現(xiàn)場施工過程中，他們還協(xié)同業(yè)主和施工單位，開展粗糙度、施工環(huán)境、涂敷質量等關鍵參數(shù)實時檢測和技術指導，為項目順利實施提供全流程技術支持。項目質量測評結果表明，涂層附著力在8兆帕以上、干膜厚度合格率達100%。
下一步，該中心將聚焦苛刻腐蝕環(huán)境、沿海碼頭及酸性水罐等場景進一步開展技術攻關，為石墨烯重防腐涂料的推廣應用提供技術支撐。（王 婭 李曉煒）
