金刚石、石墨都是我们日常生活中可见的碳的同素异形体，也被广泛应用到我们的生活中，例如钻戒上的钻石，工业中的切割工具、电极材料等，这些三维结构的物质让我们对碳单质的大家庭有了基本的印象，而这个大家庭中，还存在着一种二维结构的神秘物质——石墨烯。
它面世至今只有16年，听起来高端大气神神秘秘，与我们却仅相隔一支铅笔的距离。
01入木三分：“撕”出来的诺贝尔奖
石墨（Graphite）是我们生活中一种常见的黑色物质，也是铅笔芯的主要成分。石墨中的每个碳原子都与另外三个碳原子相连，形成稳定的正六边形环并伸展成片层结构，每层之间依靠较弱的分子间作用力连接。如果可以将石墨一层层剥开，剥离出最薄的单层碳原子薄膜就是石墨烯。也就是说，用铅笔在纸上轻轻画一笔，笔迹里可能就有好几层石墨烯。
扫描电镜下的石墨烯，显示出其碳原子组扫描电镜下的石墨烯，显示出其碳原子组成的六边形结构。图片来源：LawrenceBerkley
虽然是从黑色的石墨中剥离而出，石墨烯（Graphene）却是一种几乎完全透明的物质，它是由单层碳原子组成的六角型蜂窝状晶格结构二维纳米材料，具有优异的光学、电学、力学特征，是目前自然界最薄最强韧、导电性最好的材料，还能在常温下观测到量子霍尔效应。
年，英国曼彻斯特大学的物理学家AndreGeim与KonstantinNovoselov通过撕胶带这一简单方式成功剥离出了石墨烯，自此加速了人类对石墨烯探索的步伐。年，两位石墨烯的发现者共同获得诺贝尔物理学奖。
由于石墨烯具有的优异性能，全球80多个国家将其列为重点突破的前沿新材料之一；在国家政策的加持下，IBM、Samsung、Fujitsu、Xolve、华为等多个龙头企业也纷纷下场，成为各国发展石墨烯产业的主要推手。
02渴骥奔泉：技术创新与应用开发
石墨烯的产业链可以分为上游的原材料石墨矿、含碳气体与CVD（化学气相沉积）设备制造；中游的石墨烯粉体与石墨烯薄膜产品；以及下游的石墨烯在新能源行业、电子信息行业、复合材料行业、生物医药行业、环保节能行业等领域的应用。产业链上游石墨矿资源较集中，分布在中国、巴西等国，产业链中游制备技术有待进一步发展，并且制约了下游创新应用场景开发。
从产业链上游来看，全球石墨矿储备丰富，所以制约行业的关键节点在于CVD设备研发，但CVD设备领域的行业集中度非常高，全球70%的份额都被TEL、应用材料、泛林半导体三家寡头企业垄断，未来行业集中度会进一步提高，地方政府在招商引资过程中要防止概念炒作类虚假项目。
从中游来看，中游的产品主要分为粉体和薄膜，但从目前的发展阶段来看，粉体制备技术相较薄膜更为成熟，在复合材料、导电材料等领域形成了广泛的应用。从石墨烯薄膜来看，虽然在电子与光学领域形成一定应用，但总体上制备技术成熟度较低、成本较高，与市场同类产品相比性价比不高。在高品质石墨烯材料制备领域，规模化的制备技术尚未成熟，使得价格问题依然是石墨烯材料在工业化量产中的一大阻碍。
下游市场应用方面，现阶段的主流产品是发热服饰、防腐涂料、电极材料等，石墨烯锂电池、石墨烯手机触摸屏等领域尚处产业化临界点，在物联网传感器、可穿戴设备和健康管理、数据通信、超级汽车、芯片以及复合材料等高端前沿领域国内外取得了一定研究进展，但目前还不具备产业化条件。
03逐鹿中原：四强鼎立与区域领先
·全球
石墨烯产业的全球分布体现出四强鼎立的形式。
其中美国“财大气粗”，在石墨烯科研能力强，产业布局较全面，国家自然科学基金会对石墨烯的资助达项，美国国防部及其下属机构也大力投入石墨烯研究项目；英国在石墨烯的基础研究方面“一马当先”，在石墨烯发现地曼彻斯特大学建设“石墨烯工程创新中心”作为国家石墨烯研究院的补充，加速石墨烯产品化、产业化、市场化；韩国“产学结合“，在石墨烯领域研发效率高，三星在柔性显示屏等领域拥有全球领先技术；我国则“勤奋好学”，是年全球石墨烯专利的主要贡献者和申请最为活跃的国家，申请专利的总量占全球的71.61%，在专利申请数上全球第一，但科学成果转化率与企业参与度较低。
此外，欧盟、日本等国也在石墨烯产业上布局较早，支持本地企业推动石墨烯产业研发与发展。
·中国
我国石墨烯产业已形成了京津冀鲁、长三角、珠三角三大聚合区，多地分布式发展布局。
其中京津冀鲁地区通过“技术+资本+产业“的模式，在技术创新与产业协同上形成较强的联动效应，目前已成为我国重要的石墨烯新材料战略性新兴高地。长三角地区的产业发展较早，通过“研究院+孵化器+产业园”的模式，加速推动一批高新技术成果的转化落地。形成了“以江苏常州为核心，浙江宁波为引领，上海安徽同步发展“的产业集聚区，涵盖了从石墨烯设备研发、原料制备到市场应用的完整产业链。珠三角地区坚持市场驱动的发展模式，集中于下游应用市场开拓，在能源、新材料、电子信息、可穿戴设备、电动汽车等领域形成产业集群。
西南地区石墨烯产业集聚区以四川和重庆为首，已初具规模。
·成都
成都的石墨烯研发起步较早，拥有四川大学、西南交大等一批在在石墨烯的制备和应用领域具有先进技术、打造国际先进水平的高校，成立了西南首个石墨烯产业应用技术研究院。产业链初具规模，但总体来说高科技企业数量较少，产业规模较小；企业产品技术创新能力、市场竞争力潜力较大，目前在产学研合作及创新应用场景开发上还有待进一步提升。未来可借鉴长三角地区发展经验，通过强化产学研合作孵化出一批高科技企业。
04波涛滚滚：创新应用与深度发展
石墨烯被称为“新材料之王”，具备高比表面积，高强度，导热性、导电性、透光性极佳等特性，是当今世界高端新材料领域的发展热点，在新能源汽车、复合材料、电子器件、高温发热等领域具有丰富的应用场景和市场前景。当前的应用场景主要是利用了石墨烯更优异的物化性质来替代石墨等原材料，缺乏对石墨烯材料的创新性深度应用。
·超级电容器
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它同时具备了电容器快速放电的特性和电池的储能特性，是传统的电解电容器容量的数百倍至千倍。拥有高比表面积、高导电率、高密度等特性的石墨烯是超级电容器的理想材料，为新能源汽车的发展提供了动力。与传统电容器和传统电池相比，石墨烯超级电容器利用更短的充电时间，能提供更强的功率。预计年，我国石墨烯超级电容的市场规模达到近6亿元。
·复合润滑材料
石墨烯具有特殊的二维纳米层结构、高强度和高导热性，同时也是碳质固体润滑材料的基本结构单元，作为各种材质微纳器件的抗黏、减摩防护薄膜，单层、三层及多层石墨烯基纳米润滑薄膜能够显著减小基底表面的摩擦系数和耐久寿命，因此适量石墨烯的加入可以提高润滑材料的润滑效果。利用石墨烯替代石墨类产品，实现更高的产品性能。
·显示器
石墨烯显示屏是一款耐摔耐撞、透光率高、显示度佳，且能像纸一样卷曲的新型显示屏。石墨烯薄膜比目前市面上使用最多的柔性显示屏ITO（氧化铟锡）拥有更好的导电性和透光性，可以折叠程度更高，被认为优于不可再生且具有脆性的ITO膜，是更适用于未来可穿戴设备屏显技术的新型材料。
·加热膜
在石墨烯发热膜两端电极通电的情况下，电热膜中的碳分子团产生热能并以5-12微米的远红外线形式以平面方式均匀地对外辐射，实现加热的效果，可应用于地暖、墙暖、发热画等。同时利用石墨烯的高导热性，也保证了发热性能的稳定。效果优于传统的对流供暖方式以及传统的发热材料，发热功率也可以通过温控开关进行调节，实现对发热温度的调节。
一支铅笔让我们认识了“新材料之王”，随着制备技术的进步和大规模产业化成熟度的提高，石墨烯的应用将走向深度化发展。
在下篇，iNED将为大家继续梳理石墨烯未来的发展趋势，解锁更多新机遇与前瞻应用场景，敬请期待！
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