泉州石墨烯产业发展瓶颈及对策的探究

摘要：石墨烯被誉为“改变21世纪的神奇材料”，是“十三五”期间战略性新兴产业，发展石墨烯产业有利于提升高新技术、工业科技实力、国民经济水平。2018年底，泉州市勾勒了石墨烯产业发展路线图，在纺织鞋服、功能性涂料、水处理等产业已经初步起到积极的推动作用，但也存在着技术门槛高、低水平重复研究、市场需求尚未启动、人才培养跟不上产业需求等发展瓶颈，泉州拟发挥区位优势、产业优势和市场优势，推动石墨烯产业在应用领域实现重点突破，依托石墨烯产业培育经济增长新动能、打造新引擎。重点对解决泉州石墨烯产业发展瓶颈的对策进行了探究。

关键词：石墨烯;复合相变材料;防腐蚀涂料;产业化应用

中图分类号：TQ127

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.10.008

1 引言

近年来，泉州市石墨烯产业取得了较快发展，产业规划、政策引导、实施路径和产业培育等方面取得了一定进展。比如组织实施《泉州市新材料产业转型升级路线图》，支持晋江石墨烯产业技术研究院建设1 000万元。立项支持信和新材料股份有限公司开发海洋工程用石墨烯基防腐蚀涂料，支持华侨大学开展“石墨烯微片复合相变材料的制备及其在鞋服中的应用”课题研究;支持建设福建师范大学泉港石化研究院开展石墨烯/环氧树脂涂料研究;设立了“新材料重点产业科技创新”重大科技专项，支持石墨烯批量化、低成本生产技术和产业化应用，精细化工、先进高分子材料开发。全市共推荐申报21个项目，经专家评审和现场考察，确定“氧化锆陶瓷灯丝开发与应用”等8个项目列入新材料重点支持的科技项目。

2 产业发展现状

2.1 石墨烯产业为纺织鞋服产业更新思路

泉州传统支柱产业纺织鞋服与石墨烯的“有机融合”，让产业转型升级找到了新的突破口。石墨烯纤维、石墨烯抗菌织物、石墨烯抗静电织物等功能性服装面料已在不少大型纺织服装企业实现产业转化。比如晋江市华宇织造有限公司、晋江龙峰织造有限公司等企业与晋江石墨烯研究院合作，利用石墨烯纳米线技术，开发了防水透气、防辐射、抗静电的功能性面料。

在鞋业方面，泉州宝峰鞋业有限公司建成泉州市第一条石墨烯应用产品生产线，应用石墨烯生产具备杀菌、高弹性、抗拉功能的EVA发泡材料、鞋垫等，开发出全球最轻的拖鞋;运用石墨烯轻质鞋材、石墨烯3D多层微气囊以及石墨烯抗菌鞋垫等技术。贵人鸟开发出质量仅为120g的运动鞋，目前世界知名品牌的轻型跑鞋质量每只200g以上，达到国际先进水平;晋江成昌鞋业与华侨大学合作，将石墨烯融人鞋材中，力争研发出胜过阿迪达斯“爆米花”的功能性鞋材，目前该鞋材在降低材质重量的同时，还极大提升了产品的耐磨性与耐弯折性。

2.2 石墨烯产业为功能性涂料产业提供方向

福建信和新材料股份有限公司作为主起草单位，牵头制定了石墨烯涂料防腐蚀与防辐射两项标准。目前信和公司致力于开发石墨烯在军工和民用涂层材料上的应用技术，开展有关石墨烯在防腐、防霉涂料、隐形（吸波）涂料和抗静电涂料和油漆的研究工作，已与国内外多家研究机构及著名大学联合成立产业化研发基地，并建成“信和石墨烯研究院”。

2.3 石墨烯产业为水处理产业绘制蓝图

常规材料产品的喷头器具一般具有使用寿命短、容易堵塞出口、给平时清理卫生带来了很大的麻烦等问题。为了解决这些问题，九牧厨卫股份有限公司大力研发石墨烯喷头，石墨烯喷头与常规材料的产品相比，产品使用寿命还可延长3-5倍，更为环保耐腐蚀，并具有很强的疏水性，自洁能力强。

3 产业发展的优势

石墨烯产品研发周期长、投入资金量大、对复合型人才的要求极高，因此，单靠普通中小企业自身投入，很难在这一领域获得突破。面对这一形势，扶持建设石墨烯科技公共服务平台，为相关产业提供技术支撑，是经实践证明行之有效的方案。目前，泉州石墨烯相关公共服务平台及研究院所虽不多，但已显现活跃的产业创新能量。

3.1 公共服务平台建设稳步推进

泉州市努力搭建开放的石墨烯公共技术平台，成立“福建海峡石墨烯产业技术研究院”，下设智能穿戴及物联网、先进面料、先进光伏、先进高分子4个技术研究中心，引进以千人计划专家许志为首的一流科学家团队，重点对先进面料、先进高分子材料、先进光伏技术、物联网技术研发及智能穿戴进行研究。目前，该研究院已开发石墨烯3D多层微气囊技术应用于拖鞋及运动鞋;同时开发单层石墨烯薄膜规模化生产技术，并研发出石墨烯高分子抗菌鞋垫，抗菌率高达80%。推出的石墨烯防水材料能承受2个大气压的水压而不漏水，可广泛应用于鞋服、包袋产业，正与恒安集团商谈合作可能。

在已产业化的产品部分，石墨烯研究院与贵人鸟共同开发推出120g的石墨烯跑鞋;而石墨烯3D多层微气囊技术则被应用于宝峰的拖鞋中，目前在各大商場布局的“拖鞋定制”设备中，几分钟就能做出一双石墨烯拖鞋;研究院开发出石墨烯纳米线，与华宇织造、龙峰等晋江知名纺织企业协同开发出功能面料，该技术未来还可应用于航天工业、智能穿戴方面。目前，石墨烯研究院还重点推出可高效去除甲醛真菌异味等空气净化用高性能过滤芯片，其清除有害物质的速度比传统吸附方式高100倍以上。同时，高稳定性的锂电池负极材料技术也正加紧研发，研究院开发出基于石墨烯技术的硅基高能负极材料添加剂，这种锂电池负极材料添加剂可大幅度提升电池容量，且具有很高的稳定性，一旦成功未来手机充电只需5 min即可充满。华为瓦特实验室和研究院合作，计划共同推出第一代石墨烯加硅阳极组合锂电池。

3.2 高校研究院所应用研究初见成效

华侨大学材料科学与工程学院致力于“石墨烯微片与聚合物的复合研究”，设立“福建省石墨烯粉体及复合材料工程技术研究中心”。其与厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司实现深度合作，自主开发的物理法生产石墨烯的工艺，解决了石墨烯生产中产生废酸、废水的难题，实现了清洁生产。此外，目前还与厦门祥福兴公司正共同开发石墨烯偏光片，有望打破外国厂商在偏光片领域的垄断之势。并与泉州多家企业在化纤、鞋材等方面展开合作，并成立了“华大成昌石墨烯、塑胶研发中心”。

福建师范大学泉港石化研究院运用化学氧化还原法及热还原法制备石墨烯，尝试放大研究及石墨烯在高分子材料中的应用，取得了初步成果。

泉州师院目前协助信和涂料研发石墨烯功能涂料，纺织服装学院开发石墨烯改性滤芯及防微生物熔喷无纺布项目等技术。

4 产业发展瓶颈

目前，泉州石墨烯产业尚处于初级阶段，在产业化发展过程中面临着诸多瓶颈。

4.1 技术门槛高，前期投资大

目前，石墨烯生产工艺和各项技术尚未成熟，因此，石墨烯产品的研发生产以及未来的市场推广需要投入巨额资金，研发时间长、资本投入高。据企业公告显示，宝峰集团花费22亿元收购了蓝石科技的石墨烯技术。其他企业投入的资金虽没有这么可观，但也动则上百万元，将大部分资金实力不足的中小企业隔绝在石墨烯产业之外。

4.2 低水平重复研究的现象普遍

当前研发主要集中在石墨烯复合材料、功能材料领域，比如皮革材料、鞋服材料、复合涂料等，主要作为“工业添加剂”存在，趋于低端化，缺乏系统性。几乎所有传统产业都能与石墨烯搭上点关系，但每个行业的应用却未能形成系统性研究及突破性技术成果，难以形成大规模的产业普及应用。而目前国际市场公认的石墨烯最有前景的应用领域则主要集中于通信、仪器设备、医疗健康、电子信息、可穿戴设备。这方面除了晋江石墨烯研究院和辉锐科技外，几乎没有企业涉及，高校的相关研究则停留在实验室、理论阶段，未实现产业化。

4.3 缺乏“杀手级”应用，市场需求尚未启动

产品研发主要集中于中低端民用品领域，而对这一部分市场而言，对“成本”的敏感度极高，这就导致当前成本仍较高的石墨烯市场推广遇阻。近年来，一些企业对外公布已经实现量产，市场上石墨烯价格下降到3-5元/克。但是那些宣称已经实现量产的并不是真正单层的石墨烯，大多是一些多层堆叠、品格缺陷较大的类产品，只能体现石墨烯的一小部分特性。目前品质稍微好一些的石墨烯粉体1 g价格都在300元以上。

有企业反映，当前石墨烯产品推广中最大的难题就是“性价比问题。市场上还未出现“非石墨烯不可”的“杀手级”应用，添加石墨烯能达到的效果，其他材料也能做到，虽然在效果上可能会有一点点折扣。但其他材料价格低、技术成熟度更高，要劝服客户接受成本更高、且未经市场检验的石墨烯产品难度极高。

4.4 人才培养跟不上产业需求

产业的发展亟需纳米材料领域高科技人才，同时，随着与电子、鞋服等领域的融合，对复合型高端人才的需求越来越大，但相关人才的培养明显跟不上产业发展需求。而石墨烯属于新兴产业，泉州乃至福建的高校都未设石墨烯相关专业，人才的培养只能靠实践摸索;另一方面，许多涉及石墨烯产业企业仍然处于创新创业的起步期，怎样才能吸引人才、留住人才成为石墨烯产业发展的瓶颈。

5 产业发展对策

为了推动石墨烯产业发展，建议应该着重从以下几方面寻求突破。

5.1 强化政策引导和资金扶持

制订泉州石墨烯产业专项发展规划，并设立产业扶持基金。依托泉州已经规划的石墨烯产业园区，引进有关的上下游产业链配套企业，集群规模发展。加强石墨烯企业投融资方面的引导，利用天使基金、创投基金，引导各类社会资本参与企业股权的并购和高端项目的开发，为石墨烯产业提供充足的发展资金。

5.2 建设公共服务平台

积极探索搭建石墨烯产业研发服务平台，鼓励设立新型科研机构。鼓励泉州民营传统产业、社会资本、科研人才一起参股共建重大研发平台，建立向相关企业开放的石墨烯材料与器件开发数据库，完善石墨烯产业在发展中所需的公共研发、检验检测服务，引导研发企业和下游用户、相关科研院所合作，围绕石墨烯产品生产和性能优化等方面，建立联合开发机制，推动石墨烯产业在应用和共性技术研发的发展。加快成立产业技术创新战略联盟、产业技术转移中心，建立产业专家委员会，组织对石墨烯产业进行深入调研，编制产业发展的远近规划;构建专利知识产权的运营平台，设立“专利池”，鼓励开展专利知识产权运营服务，促进发明专利的产出和成果转移转化。

5.3 引进产业发展所需的人才

研究出台石墨烯产业人才引进的相关政策，通过人才引进加快石墨烯产业发展。大力支持龙头企业、高校院所引进、培养石墨烯产业发展亟需的高层次应用型研发人才，特别是利用泉州地域优势，引进海内外产业链上某一学科或技术领域的专家、带头人，壮大石墨烯产业人才队伍。

5.4 实施一些重大科技专项

针对整个石墨烯行业发展的瓶颈，设立一些石墨烯方面重大关键技术研发和产业化前期引导项目，规避批量化、低成本的生产技术，力促产业化应用共性关键技术的突破。

5.5 布局一批产业集群

积极开展技术对接，多渠道进行项目招商活动，促进石墨烯产业化项目引进和落地投产;出台推广应用相关政策，建立产品首批次应用示范风险补偿机制，促进石墨烯技术和产品的推广应用。同时，根据各地域产业的特点，合理布局产业集群，比如，在泉港、晋江、洛江区、台商投资区南安等县市区分别布局石墨烯在高分子材料上应用、石墨烯在鞋服上应用的产业、石墨烯在涂料上應用、石墨烯在光电上应用、石墨烯在半导体上应用的产业集群，形成特色的区域产业特点。

5.6 重视高端应用领域

石墨烯的应用必然是一个由低端向高端延伸的过程，比如石墨烯与传感器、动力电池、集成电路等的结合，这些都是当前石墨烯的重点研发方向，也是未来石墨烯产业的真正高附加值领域。根据全球石墨烯科技发展趋势，结合泉州产业结构特点和石墨烯产业发展水平，本着有所为有所不为的原则，未来发展石墨烯产业建议可在以下几个领域重点实施：①导热材料方面。包括导热系数较高的石墨烯散热片/膜以及石墨烯改性的复合材料，比如导热塑料和热导纤维等，这种技术领域的市场很大，在中国目前工程以及电子领域具有比较大的市场需求，工艺相对成熟、技术难度也较小，有快速风靡市场的机会。②导电添加剂方面。可以在电池电极内构建三维导电网络，这是一种比较新型高端的锂电池导电的添加剂。对于以往l0% - 15%的导电炭黑，目前0.5% -2%的石墨烯导电添加剂就可代替，还能降低锂电池的内阻，从而提高电池循环寿命以及倍率性能，解决目前动力与储能锂电池综合性能比较弱的问题。③功能性纺织复合材料方面。石墨烯纺织复合材料具有特别的防辐射、抗静电方面功能，同时还有优良的力学、吸湿性、抗菌性、热学、溶胀性等方面的特性，为生物医用纺织抗菌医用材料、柔性传感器等提供新材料。④防腐涂料方面。石墨烯在防腐漆膜中的“迷宫”结构有助于提高抗腐蚀效能，且技术相对成熟。中国推动海洋强国发展战略，舰船和海洋工程对此有巨大的市场需求，且这类涂料在石油管道和储罐内壁涂层应用市场很大。⑤导电塑料和油墨方面。新型导电油墨和塑料的主填充料也可以用石墨烯、纳米银粉等，也可以和石墨烯混合配制成新型导电浆料或油墨，可通过改变石墨烯的填充比例调节导电油墨的附着性能和电阻率。在物联网隐形条形码技术中，发现美国Vorbek材料公司已经开始应用石墨烯导电油墨。中国有巨大的物联网市场，前景非常诱人，可以大力推广应用在防静电应用领域，其工艺简便、成本低廉，优势明显。

5.7 加强市场化应用引导

定期公布最新的研究成果和产业化动态，聚集石墨烯产业界人士智慧，推动石墨烯潜在应用空间，为一些有实际需求，但专业领域欠缺的企业提供深入探讨的平台。同时，开展石墨烯试用推广，以典型带动产业发展，鼓励在具有示范性、导向性的行业开展应用推广，让一些先导用户成为示范，逐步推广，并对示范应用企业用户给予一定政策支持，进一步加大市场培育，使产业得到发展。

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