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中美石墨烯产业发展的8大差异及其重要启示

烯碳资讯  · 公众号  ·  · 2018-11-16 16:05

正文



来源:粉体网

自石墨烯被成功制备以来,世界各国都掀起了“石墨烯热”。从竞争行为层面看,美国和中国属于世界第一梯队,石墨烯产业表现出很强的竞争实力。我国天然石墨的储量、国家对石墨烯的重视程度及石墨烯的产业化进程远超美国。但与美国相比,我国石墨烯产业发展还存在偏低端化、标准制度不完善等诸多问题。本文主要通过阐述中国与美国石墨烯产业发展的8方面差异,发现我国石墨烯产业发展中存在的问题,并提出相应的对策建议,以期我国石墨烯产业能向高端、精准、质优的方向迈进。


一、中美石墨烯产业发展差异

1
资源:依赖进口VS世界第三

美国: 根据美国地质局统计数据,近年来美国官方并未公布天然石墨的开采数据,美国天然石墨消费主要依赖进口。


中国天然石墨储量位列世界第三

(数据来源:USGS,2016)


中国: 由美国地质调查局数据显示,全球石墨储量 2.5 亿吨,其中土耳其、中国、巴西的总储量占世界储量的85%以上,其中中国 5500 万吨,占比 22.0%,位居全世界第三。


对比: 我国具有明显的储量优势。美国天然石墨储量不多,依赖进口。

2
心态:有序理性VS快追猛上

美国: 相对淡定。并未将推动石墨烯技术研发提高到国家战略层面上,研究项目也并不享受优先级的待遇。


中国: 高度关注。政府出台大量政策支持,地方设立诸多优先级的待遇,企业积极投入想要早分一杯羹。


对比: 美国的石墨烯项目严谨而理性,仅以“石墨烯研究很重要”为由根本不予批准,倒逼研究者发挥更高的创造力;中国石墨烯产业发展环境相对宽松,成果很多,但多而杂,整体质量不高。

3
概念:单层石墨VS石墨烯类


美国: 石墨烯是单层石墨,其优良特性主要体现在单层结构上,随着层数的增加,诸多优越性能都将降低。


中国: 10层以下的都是石墨烯,包括单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯等。


对比: 目前国内实现量产的石墨烯多数是晶格缺陷较高、多层堆叠的石墨烯类产品,只能体现石墨烯的部分特性,并且缺乏统一的检测标准。

4
制备:“自下而上”VS“自上而下”

美国: 主要采用“自下而上”的CVD 法和外延生长法。


CVD气相沉积法过程示意图


SiC外延生长法过程示意图


中国: 我国大多数石墨烯都是通过“自上而下”的氧化-还原法制备而成。


化学氧化还原法过程示意图


对比: “自下而上”法制备石墨烯虽然制备成本较高,但制备出的石墨烯多为面积较大、质量较高的单层石墨烯;“自上而下”虽然成本低、可大规模生产,但制备出的石墨烯往往存在许多缺陷,也难以用于集成电路、芯片、传感器、光电器件等领域。

5
研究:基础为主VS偏重应用

美国: 科学界和产业界普遍认为,石墨烯目前仍以实验室研发为主,尚不适合大规模产业化。


中国: 急于将技术推向市场,加大产业化应用推广。


对比: 基础研究为应用研究提供原始驱动力,需要资金支持,有可能“坐冷板凳”;应用研究在目标上考虑的是科研能否快速得以应用和赢得利润,需要基础研究的支持。基础研究缺乏创新,应用研究便不可持续。

6
专利:少VS多

石墨烯技术专利最早优先国家/地区分布

(来源:2018石墨烯技术专利分析报告)


美国: 在检索到的全球 51054 件专利(族)中,申请了美国专利的有 7652 件,约占15%。其申请者主要以IBM、沃尔贝克、美国纳米技术仪器公司等大型跨国公司为主,重点布局于集成电路、晶体管、传感器、信息存储、增强复合材料等领域。


USPTO受理的石墨烯专利数量的年度变化趋势

(来源:2018石墨烯技术专利分析报告)


中国: 在检索到的全球 51054 件专利(族)中,申请了中国专利的有 37521件,约占 73.5%,专利数量位居全球首位。集中于复合材料领域,其次为储能、水/气体处理、传感器等领域。


我国受理的石墨烯专利公开数量年度变化趋势

(来源:2018石墨烯技术专利分析报告)


对比: 美国对石墨烯的研究早于中国,但近几年的专利数量远比不上中国。而且,近几年,中国的石墨烯技术专利数量快速增长,美国在2015年以后反而有下降的趋势,说明中国在石墨烯科研领域的热度远超美国,研究成果也远多于美国。但由于美国具有严格的专利审核制度,专利的整体水平较高;而中国真正具有原创性和较大技术影响力的专利很少,有些重量轻质且缺乏系统性。

7
应用:单层、高端VS复合、低端

美国: 更多集中于单层石墨烯器件、电子信息和医疗健康等方面。


中国: 侧重于石墨烯复合功能材料领域的研发,比如储能材料、涂料、改性纤维和热管理材料等,其应用领域以储能、保暖理疗、重防腐等为主。


对比: 相比之下,我国的应用领域及方向偏低端化。

8
模式:集中VS分散

美国: 已经形成一套较为完善的产业组织体系,研究机构、孵化器、大学技术转让办公室、非盈利机构和企业等各个主体分工明确且协同有序。同时,政府坚持集中、持续性的直接投入,尤其对基础性、战略性、前沿性的研究,支持周期一般都在5年以上。


中国:







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