石墨烯是由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，主要制備來源是石墨與甲烷。石墨烯是一種有著高強韌性的超薄材料，斷裂強度較大，超過鋼材的200倍;彈性較好，拉伸幅度超過20%，導電性優異。2004年，英國曼側斯特大學蓋姆教授和諾沃肖洛夫教授從原生石墨中成功制備單層晶體石墨烯，證實了石墨烯可以在自然環境中存在，兩人也因此發現獲得了2010年諾貝爾物理學獎。

一、石墨烯的全球產業化

近年來，美國、歐洲、日本、韓國等國家對石墨烯投人了大量人力財力，石墨烯相關扶持政策與產業化研究也提上議程。2013年1月，歐盟委員會將石墨烯列為未來新興技術的支柱材料之一，拿出10億歐元專項資金資助石墨烯制備與應用研究工作。美國國家自然科學基金會資助了超過500項有關石墨烯的研究，重點包括石墨烯制備、石墨烯復合材料生產、存儲器件開發和石墨烯生物傳感器等方向。美國國防部與國防高級研究計劃署也開展了多項石墨烯研究項目，以開發更輕更小、更快和更高頻的電子器件為核心目的。

以英國為例，作為石墨烯的誕生國，英國在石墨烯研究成果產業化上卻歷經迷途。2016年3月《星期日泰晤士報》發表專文，指責全球最大石墨烯生產商之一的BGT公司和“國家石墨烯研究院”存在利益輸出，曼大一些研究人員對此表示強烈反對，雖在技術、管理以及資金方面，曼大有著其得天獨厚的優勢，但無奈推動產品應用市場化就變得捉襟見肘，曼大國家石墨烯研究院更遭到了國會“是否很好保護了知識產權”的質疑。

英國從事石墨烯商業開發的公司并不多，其本土企業更缺乏對石墨烯商業化的興趣，倫敦大學的大衛·普萊斯直言“英國不會成為石墨烯的工業基地”，因此英國無法借助本土企業將石墨烯從研究室推向市場。

二、中國石墨烯的產業化

1.中國石墨烯產業化地位

我國石墨的儲量、產量及出口量均居世界之首，其中石墨產量約占世界總產量的45%，在石墨烯的產業化進程中擁有一定優勢。石墨烯研究剛剛起步之時，我國就重視對石墨烯研發的資金支持。尤其是“十二五”期間，我國石墨烯材料及應用在技術研發、生產工藝等方面取得了重要突破，各領域應用效果逐步顯現，石墨烯產業化步伐明顯加快。

目前為止我國擁有全球超過1/3的石墨烯研發專利，在石墨烯制備、性能研發等方面走在了世界前列。2016年7月12日在江蘇常州發布的《新華(常州)全球石墨烯指數報告》顯示，2015年，中國已超越美國、韓國，在全球石墨烯產業綜合發展實力榜上居首位。

全球石墨烯指數評價結果顯示(圖1)，2015年樣本國家石墨烯產業綜合發展水平前3的國家為別為：中國、美國和韓國。其中中國處在相對領先的位置，美國、韓國緊隨其后;德國、日本、澳大利亞和新加坡處在第2梯隊;英國、印度、加拿大和法國位于第3梯隊;俄羅斯、西班牙和意大利處于第4梯隊。

圖1 全球石墨烯指數評價結果

2.產業化主要模式

(1)江蘇(常州)模式

我國地方政府對石墨烯產業極為重視，一批石墨烯產業園紛紛涌現，以江蘇最為典型。2011年5月，常州市委、市政府共同出資5000萬元建設全球第一家專業從事石墨烯研發和產業化的新型研發機構一一江南石墨烯研究院，同期啟動常州市石墨烯科技產業園建設。其“研究院+孵化(加速)器+產業園”的產業創新鏈條讓石墨烯產業在江南落地生根，產研結合的建設理念為江蘇的石墨烯產業發展深深地打牢了地基。

江蘇(常州)模式具有以下六大特點：技術人才主要來自國外;得到天使投資的支持;政府建設公共服務平臺;建立專業的孵化器;主要技術及管理團隊控股;獨立上市。

由于石墨烯材料應用日益廣泛，逐漸受到社會各界的廣泛關注，石墨烯應用研發的熱潮涌現。“全國石墨烯看江蘇、江蘇石墨烯看常州”已成為業內共識，2015年常州石墨烯產業規模達到12億元，2016年江蘇省石墨烯產業技術創新戰略聯盟獲批科技部“科技服務業試點單位”。

(2)學院(科學院)模式

學院(科學院)模式如圖2所示，以南江集團為代表的學院(科學院)模式具有以下五大特征：技術來源于科學院;上市公司(母公司)管理;研究單位獲得大量成果轉化的收入;與資本運作緊密結合;主要技術骨干缺乏積極性。

圖2 學院(科學院)模式

(3)大學模式

《全球石墨烯產業專利分析報告(2016)》報告顯示，中國是全球石墨烯技術專利申請量最大的國家;美國、韓國和日本緊隨其后，也是石墨烯技術的主要原創國。高校和科研機構是我國研究開發石墨烯材料及應用的主體。數據顯示，在所有國家中，中國申請的石墨烯專利數量最多，已超過2200項，占全世界的1/3;美國、韓國和日本緊隨其后，也是石墨烯技術的主要原創國。根據國家知識產權局數據統計，2005年至今全國申請石墨烯專利的單位來看(圖3所示)，專利申請量除了第一名的海洋王照明科技股份有限公司，其余前十名均為高校和科研院所，高校和科研機構成為了我國研究開發石墨烯材料及應用的主體。

圖3 中國石墨烯申請專利排名

大學模式具有以下3大特征：技術來源于大學教授;以技術入股的方式參加;輔以技術咨詢、顧問方式。

三、石墨烯發熱膜的應用

目前，中國石墨烯產業化的兩大應用分別為石墨烯粉末涂料和石墨烯發熱膜。粉末涂料由于門檻相對較低，鑒別難度高，市場較為混亂;而石墨烯發熱膜，擁有單層石墨烯的明顯特征，具有透明、輕薄、柔軟可折疊等特性，也是實現大規模石墨烯民用的核心基礎。

1.發熱膜基本原理

從石墨烯的能帶結構可知，單層石墨烯在電場為零時，導電載流子濃度為零，稱狄拉克點。在距離狄拉克點較遠的地方，石墨烯中只有單一的載流子。負柵壓使石墨烯成為電子導電，最終使器件的電阻率發生從幾千歐到幾百歐姆的變化。在實驗中可以測量電阻率(或電導率)和霍爾系數來證實柵壓對石墨烯載流子的調節作用。在狄拉克點附近，石墨烯中載流子逐漸由電子(或空穴)過渡到空穴(或電子)，霍爾系數在此處改變符號(電子為正，空穴為負)，此時載流子的濃度最小，電阻率最大。根據石墨烯此種特性為基礎，開發了溫度可控、可調節的石墨烯發熱膜，其工作原理如圖4所示。

圖4 發熱膜工作原理示意圖

(Graphene film:石墨烯膜;PET：聚酯;Ag:銀;power supply DC：直流電源)

2.發熱膜優異性能

由于石墨烯本身是二維及柔性、透明、結構穩定，其低電阻率，可耐受極高的飽和電流，交、直流通用;其低電壓變生高熱量，3V電源即可加溫至100℃以上，輕松實現低品位能源到高品位應用的轉化;具有高飽和電流、高導熱系數，單位面積功率高，具有發熱快、傳熱快、發熱均勻的特性;石墨烯膜是百分之百的碳，碳產生遠紅外輻射，有良好的醫療、理療作用。因此，石墨烯非常適合應用在加熱膜領域，石墨烯透明發熱膜利用石墨烯優良的加熱性能和遠紅外光波，實現了日常保暖和健康理療的雙重功效。通過石墨烯優異的電熱轉化等性能，實現了快速保暖驅寒，而石墨烯加熱發射的6～15μm遠紅外光波，能有效激活身體細胞核酸蛋白質等生物分子，改善血液循環，增強新陳代謝，具有良好的消炎、鎮痛等健康理療效果。從不同尺寸發熱膜的紅外線成像圖(圖5)可以看出，石墨烯發熱片上每個點的溫度都非常均勻，點溫度在極小范圍內波動。

圖5 不同尺寸發熱膜的紅外線成像圖

3.遠紅外的功效

石墨烯發熱膜發熱釋放出來的遠紅外波長與人體波長接近，集中在5.6～15μm之間，該區間的遠紅外波長被譽為人體的生命之光，紅外線光波具有改善血液循環、改善循環系統、激活生物分子活性、護膚美容、提高免疫功能、消炎鎮痛、改善關節疼痛、增強新陳代謝、調節自律神經等十大功效。

4.發熱膜的應用領域

由于石墨烯發熱膜具有低電壓高熱量、安全輕薄便利等特性，石墨烯發熱膜可廣泛用于智能可穿戴領域、家庭智能取暖領域、家紡居家用品領域以及軍工領域。

目前中國石墨烯產業化已經走在世界前列，而要繼續保持領先地位，關鍵在于民用市場的普及，要得到大眾消費者的認可，只有越來越多的石墨烯民用消費品走進民用市場，中上游石墨烯的制備才有生存和發展的動力。

石墨烯從工業領域走向民用市場，市場的范圍和交易的價值都已不斷擴大，石墨烯帶來新的行業標準以及法律、法規等制度環境，也必須隨之不斷完善，這些完善除了企業家、行業協會的努力，更需要政府制定出臺相關的產業政策、行業標準，可喜的是，最近出臺的《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》已經石墨烯行業標準建設納入規劃。

相信隨著中國相關政策、行業標準的不斷完善，資本、技術的不斷投入突破，未來幾年，中國石墨烯產業化將加速發展。