——中国在石墨烯标准制定和产品质量方面相对落后
从概念上来看，美国在内的发达国家普遍认为石墨烯为单层石墨，是一种纯碳材料。而中国市场中十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，目前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。

从制备方法来看，美国主要采用的“自下而上”的合成法，而中国主要采用的“自上而下”的减层法。

——中美石墨烯应用领域分布有所不同
当前美国石墨烯主要应用在医学、新能源、电子等领域，未来可能实现产业化突破的方向有交通、航空等领域。而中国主要集中在石墨烯复合功能材料领域，如储能材料、涂料等。

——美国研发模式较中国发展更为成熟
从产业发展模式来看，美国已经形成一套较为完善的产业组织体系，且研究机构、孵化器、企业等主体分工明确。而中国针对石墨烯的研究发展模式还处于摸索阶段，研发投入比较分散，缺乏成熟的发展系统。

——中国需要从政策、标准制定、创新平台建设等角度完善石墨烯产业的布局
通过与美国石墨烯产业的发展对比，中美石墨烯产业发展还存在一定的差距。中国可通过借鉴美国石墨烯的发展经验来完善产业的规划和布局。具体可体现在政策的支持、标准的制定和创新平台搭建等领域。

政策的完善方向主要在深入研究欧美等发达国家的发展策略来把握当前国际研究的主流方向，同时将石墨烯产业发展与国家战略相统一，制定适合中国发展的技术路径。

从创新平台的建设来看，要鼓励企业创新，加强企业与高校、科研机构的合作，同时鼓励地方创立石墨烯专业园区，建设和完善公共服务平台，推动科技成果的转化。

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国石墨烯行业深度调研与投资战略规划分析报告》。

原文链接：2023年中美石墨烯行业发展差异分析 中美石墨烯产业发展布局还存在一定的差距

8月18日，第十二届中国创新创业大赛（福建赛区）暨第十一届福建创新创业大赛决赛在福州落下帷幕。经过激烈角逐，大赛共决出成长组一等奖1名、二等奖3名、三等奖5名，初创组一等奖、二等奖、三等奖各1名，优胜奖20名。永安石墨和石墨烯产业园3家企业从80家晋级省赛的企业中脱颖而出，分别获初创组一等奖及成长组二等奖、三等奖，全部晋级全国赛，创历年来最好成绩。

其中，福建容钠新能源科技有限公司以“高性能硬炭负极材料的研发与产业化应用”项目获初创组一等奖、永安市鼎丰碳素科技有限公司以“特种等静压石墨的研发及产业化”项目获成长组二等奖、福建华兴达新材料有限公司以“废旧动力电池绿色高效回收”项目获成长组三等奖。

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福建省科学技术厅关于第十二届中国创新创业大赛（福建赛区）暨第十一届福建创新创业大赛获奖情况及全国赛参赛工作的通知

 

福建容钠新能源和福建华兴达新材料均为我院平台重点孵化支持的项目，企业通过与永清院建立联合实验室实现资源共享、共同开展项目攻关，加速成果转化。

引言
持久性新兴污染物（Persistent Emerging Pollutants，PEPs）是一些在环境中难以降解或转化，具有生物累积性和毒性，对人类和生态系统造成潜在危害的化学物质。PEPs包括一些工业化学品、农药、药物、个人护理产品、纳米材料等。由于PEPs的种类繁多，分布广泛，检测手段有限，目前对PEPs的监测和评估还存在很大的挑战。

生物传感器是一种利用生物组分与目标分子发生特异性反应，产生可检测的信号，从而实现快速、灵敏、选择性地检测目标分子的装置。生物传感器具有操作简便、成本低廉、可在线实时监测等优点，因此被广泛应用于环境监测领域。然而，目前的生物传感器在检测PEPs方面还存在一些局限性，主要包括以下几个方面：

•  生物组分的稳定性和活性受到环境因素的影响，如温度、pH、盐度、有机溶剂等。
• 生物组分与PEPs之间的反应可能不够特异性和灵敏性，导致假阳性或假阴性的结果。
•  生物传感器的信号转导和放大机制不够有效和可靠，导致信号噪声比低，信号输出难以读取和分析。

为了克服这些局限性，本文介绍了一种新型的生物传感器结构，它利用了一种特殊的纳米材料——石墨烯（Graphene），作为生物组分和信号转导器之间的界面材料，从而提高了生物传感器检测PEPs的性能。本文首先介绍了石墨烯的特性和优势，然后介绍了石墨烯在生物传感器中的应用原理和方法，最后介绍了石墨烯生物传感器在检测PEPs方面的实验结果和展望。

石墨烯的特性和优势
石墨烯是一种由单层碳原子以sp2杂化轨道排列成蜂窝状结构的二维纳米材料。石墨烯具有以下几个显著的特性和优势：

• 具有极高的电导率、电子迁移率和载流子密度，使其成为一种优异的电子材料。
• 极高的热导率、机械强度和弹性模量，使其成为一种优异的结构材料。
• 石墨烯具有极大的比表面积、高的吸附能力和良好的生物相容性，使其成为一种优异的界面材料。

由于石墨烯的这些特性和优势，它在生物传感器中的应用具有以下几个方面的潜力：

• 作为电极材料，提高生物传感器的电子信号转导和放大效率。
• 载体材料，增加生物传感器的生物组分负载量和活性保持率。
•  功能化材料，改善生物传感器的生物组分与目标分子之间的特异性和灵敏性。

石墨烯在生物传感器中的应用原理和方法 
石墨烯在生物传感器中的应用原理主要是利用其与生物组分和目标分子之间的相互作用，产生可检测的信号变化。根据不同的信号类型，石墨烯生物传感器可以分为以下几类：

• 电化学传感器：利用石墨烯作为电极材料，检测生物组分和目标分子之间发生的氧化还原反应或电荷转移反应所引起的电流、电压、电阻或阻抗等电学参数的变化。
• 光学传感器：利用石墨烯作为光学材料，检测生物组分和目标分子之间发生的荧光猝灭或增强、表面等离激元共振或拉曼散射等光学效应所引起的光强、光谱、相位或偏振等光学参数的变化。
• 压力传感器：利用石墨烯作为压敏材料，检测生物组分和目标分子之间发生的结合或解离所引起的形变或压力等力学参数的变化。

石墨烯在生物传感器中的应用方法主要是通过不同的制备和修饰技术，将其与生物组分和信号转导器结合在一起，形成一个整体的传感结构。根据不同的结构类型，石墨烯生物传感器可以分为以下几类：

• 层层组装法：通过静电作用、氢键作用、范德华力等弱相互作用，将多层不同性质的材料交替堆积在一起，形成一个多层膜结构。其中，一层或多层是由石墨烯构成，另一层或多层是由生物组分或信号转导器构成。
•  化学键合法：通过共价键或配位键等强相互作用，将单层或多层的材料连接在一起，形成一个单层膜或复合膜结构。其中，一部分是由石墨烯构成，另一部分是由生物组分或信号转导器构成。
• 物理混合法：通过机械搅拌、超声波处理、高速离心等物理方法，将不同性质的材料均匀混合在一起，形成一个分散液或胶体结构。其中，一部分是由石墨烯构成，另一部分是由生物组分或信号转导器构成。

石墨烯生物传感器在检测PEPs方面的研究            
石墨烯生物传感器在检测PEPs方面已经取得了一些令人鼓舞的实验结果。以下是一些具有代表性的例子：

一种基于石墨烯-酶复合膜的电化学传感器，能够灵敏地检测水中的苯并[a]芘（Benzo[a]pyrene，BaP），一种具有致癌性的多环芳烃类PEP。该传感器利用了石墨烯的高电导率和高比表面积，以及酶的催化作用，将BaP的氧化还原反应转化为可检测的电流信号。该传感器的检测限为0.1 nM，线性范围为0.5-50 nM，响应时间为5 min，重现性和稳定性良好。

石墨烯-荧光素复合膜制备的光学传感器，能够灵敏地检测水中的双酚A（Bisphenol A，BPA），一种具有内分泌干扰性的工业化学品类PEP。该传感器利用了石墨烯的荧光猝灭效应和荧光素的荧光增强效应，以及它们之间的静电吸附作用，将BPA的结合反应转化为可检测的荧光信号。该传感器的检测限为0.01 nM，线性范围为0.05-10 nM，响应时间为10 min，选择性和稳定性良好。

石墨烯-抗体复合膜压力传感器，能够灵敏地检测血液中的地西泮（Diazepam），一种具有滥用性和依赖性的药物类PEP。该传感器利用了石墨烯的压敏效应和抗体的特异性结合作用，以及它们之间的共价键合作用，将地西泮的结合反应转化为可检测的压力信号。该传感器的检测限为0.1 ng/mL，线性范围为0.5-50 ng/mL，响应时间为15 min，重现性和稳定性良好。

以上这些例子表明，石墨烯生物传感器在检测PEPs方面具有很大的优势和潜力。然而，目前还存在一些需要改进和完善的方面，主要包括以下几个方面：

•  石墨烯生物传感器的制备和修饰技术还需要进一步优化和标准化，以提高其批量生产和质量控制能力。
• 石墨烯生物传感器的信号转导和放大机制还需要进一步探索和创新，以提高其信噪比和信号输出质量。
• 石墨烯生物传感器的生物组分和目标分子的选择和设计还需要进一步拓展和多样化，以提高其检测范围和适用性。

总结
本文介绍了一种新型的生物传感器结构，它利用了石墨烯作为生物组分和信号转导器之间的界面材料，从而提高了生物传感器检测PEPs的性能。阐述了石墨烯的特性和优势，以及它在生物传感器中的应用原理和方法。另外还介绍了石墨烯生物传感器在检测PEPs方面的实验结果和展望。可以看出，石墨烯生物传感器是一种具有很大发展前景的环境监测技术，但也需要进一步的改进和完善。

原文链接：

石墨烯生物传感器——用于持久性新兴污染物监测

材料是当今时代的物质生产和日常生活的基础，同时材料也作为人们认识自然和改 造自然非常重要的工具。从人类诞生开始就开始大范围的使用材料，从人们的衣食住行，从以前的原始社会经过石器时代、青铜器时代、铁器时代发展到当代的高新材料时代，这些时期的发展都离不开材料的使用。材料具有和人类一样悠久的历史，此外材料的发展水平也是代表了人类的发展和进化，以及科技进步的重要特征。

直到现在，人类正行进在以硅材料为主导的信息时代。技术推进社会，材料改变时代，这是毋庸置疑的。此外，材料的性能对各种应用技术的安全性至关重要，也是一个不争的事实。历史上，以及现代社会，因为材料原因造成的事故不少。人类文明发展史，就是如何改进和创造更多更好的材料、更合理更安全地使用材料的历史。

本篇文章将要介绍的材料—石墨烯，石墨烯材料的问世开启了新型二维纳米材料研究应用之大门。

01 历史
1.1 二维材料的概念
什么是二维纳米材料呢，首先解释“二维”在这儿的意思。目前我们生活在一个三维空间中，任何具体的物体，包括材料，都应该是三维的。即使是一张纸，有长度、宽度之外，还有厚度。这个“长、宽、厚”便是3个空间维度的体现。维数被定义为材料中电子自由运动的维度范围，也就是说如果电子可以在（x、y、z）三个方向自由运动，则是三维材料。

来源：百度

如果电子只能在二维晶格中的（x、y）平面上自由运动，而是二维材料。那么相应的一维材料便意味着电子只能在一条直线上运动，而零维材料中的电子被束缚在空间中的一个点。那么到底要多薄才算二维呢，通常将每个维度定义在纳米尺度，纳米（nm）是一个很小的长度单位，一般指结构尺寸在0.1至100纳米范围内的材料。

1.2 石墨
早在公元16世纪，英国人在一个叫巴罗代尔（Borrowdale）的地方，发现了某种大量的黑色矿藏，这种矿石发黑、油光光的，当地的村民常用它在羊身上画记号。发现矿藏的几个文化人受此启发，心想：这东西既然能在羊皮上画，应该也能在纸上留下痕迹吧，可以用来写字啊。于是，他们将这些黑色矿石称作“黑铅”，实际上就是我们现在所说的“石墨”。

来源：百度

1761年，德国化学家法伯将石墨变成石墨粉，同硫磺等其它物质混合制成一条一条的成品，再将它们夹在木条中，成为最早的铅笔。从那时候开始，铅笔工业便随着巴罗代尔石墨矿的开采而兴旺发达起来。现在，400多年过去了，你如果到巴罗代尔旅游，还可以见识到附近Keswick的博物馆里，陈列展示着一只号称世界最大的铅笔，记录着这段历史的痕迹，“铅笔”这名字也就将错就错，沿用至今。

来源：百度

一直到了1779年，瑞典化学家谢勒（Carl Scheele）才发现黑铅并非铅，而是由碳原子构成的，之后，德国地质学家沃纳（Abraham Gottlob Werner）将这种物质的名字从黑铅改为石墨（Graphite）。

1.3 二维材料的争论
石墨烯虽然是石墨中的一层，但绝不是石墨，尽管它们的名字也只差一个字，但这一字之差却决定了它们性能及其制备难度上的天壤之别。实际上，理论物理学家在早期并不看好这种单原子层的二维材料，认为它们是不稳定的。前苏联有一位著名的理论物理学家列夫·朗道（Lev Landau），在上世纪30年代就从理论上证明了2维晶体的不稳定性，认为二维材料在常温下无法存在于自然界中。

来源：百度

尽管朗道预言二维晶格难以孤立存在，也总是有科学家一直在尝试制造出二维材料。即使它们不稳定，也在努力想办法探索研究其中有什么新的物理特性。

1.4 二维材料—石墨烯的诞生之路
曼彻斯特大学研究小组从2000年就开始想办法从石墨中分离石墨烯。小组的领导人是如今人们将他誉为“石墨烯之父”的 海姆教授。安德烈·海姆（Andre Geim）的父母为德国人，但他于1958年出生于俄罗斯的索契，那是黑海边上的一个小城，海姆的父母都是那儿的工程师。之后，海姆到莫斯科的物理学院接受高等教育，后来在俄罗斯科学院固体物理学研究院获得博士学位，毕业在校工作三年后到英国、欧洲、丹麦、荷兰等地继续他的研究工作。

来源：百度

那个时候海姆教授在脑海中沉浸在开发制备碳原子的二维晶体材料的方法，他招收了一位中国博士生。海姆教授分配这位学生用高级的抛光机来打磨石墨样品，这种抛光机可以将样品磨到零点几个微米的平整度。这位中国学生磨了整整三星期，磨出了一片10微米厚，大约相当于1000个碳原子厚度的薄片，显然，这个结果距离单原子层还相差甚远。这个课题的进展沉重的打击了海姆教授，心里想是否应该放弃呢？正当海姆教授苦思冥想没有方法之时，没料到一件不相干的事改变了他们的想法。

在海姆实验室的隔壁，有一位来自乌克兰的扫描隧道显微镜专家。一次海姆与他谈及自己进行的石墨抛光工作，开玩笑似地比喻说，这就是要将“铁棒磨成绣花针”没想到这位专家听了之后，跑到自己实验室的垃圾桶里翻了半天，找出几条粘着石墨片的胶带给了海姆。乌克兰的专家说到，石墨是他们检查隧道扫描显微镜时常用的基准样品，实验前，技术员们采取一种简单而快捷的标准方法清洗样品，用透明胶带把石墨的最表层粘掉，不过从来没有人仔细看过扔掉的胶带上有些什么东西，你拿去看看吧，也许对你有帮助。

来源：百度

于是，海姆把这些胶带放在显微镜底下仔细观察，发现有一些碎片远比他们用抛光机磨出来的要薄得多，这时候海姆方才恍然大悟，意识到自己建议学生用抛光机来磨石墨是多么愚蠢的事。遗憾的是，这位给了海姆灵感的专家，因忙于自己的实验，没有参与到海姆的“胶带剥离法”工作中。倒是另一位不到30岁的年轻小伙，康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Kostya Novesolov），参与了进来。于是，两人开始用透明胶带来对付石墨，粘贴、撕开，又粘贴、又撕开，反复多次之后，终于得到很薄的薄片。然后，诺沃肖洛夫提出用镊子把剥离下来的石墨薄片从胶带移放到氧化硅晶圆的基板上进行测量。测量结果显示其中有一些石墨片只有几个纳米厚，使两人兴奋不已。就这样，第一种二维晶体材料-石墨烯正式出场了，果然应了那句中国俗话：“踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫”。2004 年 10 月，美国《科学》杂志发表了海姆和诺沃肖洛夫的研究成果，2010年，两位学者由此成果而荣获诺贝尔物理奖。

来源：Ola Skogang

从这以后石墨烯成为研究的热点和焦点，在导热材料、超级电容器、透明电极、海水淡化、发光二极管、传感器、储氢、太阳能电池、催化剂载体、复合材料、生物支架材料、生物成像和药物输送等领域有广泛的应用。石墨烯是目前世界上最轻、最薄、硬度最高、韧性最强的新型纳米材料之一，超强导电性、超高导热系数、几乎完全透明等优异的物理化学性能，石墨烯被称为“黑金”、“新材料之王”。

02 石墨烯制备方法
2.1 机械剥离法
微机械分离法（Micromechanical cleavage）是将单层石墨烯从石墨的表面进行直接剥离，一般情况下是引入热解石墨进行摩擦剥离，在石墨表面会出现片状晶体，在片状晶体中就会含有单层石墨烯。这种方法的缺点是不易控制获得石墨烯的尺寸，操作难度较大并且难以获得应用级别的石墨烯。

来源：百度

2.2 氧化还原法
氧化还原法（Redox）是首先通过对鳞片状石墨进行强氧化制得氧化石墨（烯），然后在微波、超声波等外界强烈作用下剥离得到单层或少层氧化石墨烯，最后采用合适的还原方法还原得到石墨烯.该法高效易行，成本低，适合大规模化制备石墨烯，但不足之处是该方法制备的石墨烯一般为单层和多层的混合体，氧化石墨烯难以被充分还原而产生较多的缺陷，并且控制石墨烯的尺寸和厚度十分不易.氧化还原法相对其他方法而言操作比较简单，并且能够“大量”制备石墨烯，运用高温还原的方法一次课制备0.2g 左右的单层石墨烯，然而从电镜上可以观察到，这种方法制备的石墨烯表面有很多的褶皱。

来源：百度

（1）Brodie法：该制备方法是由 Brodie 最初提出的，将石墨和 KClO3 均匀混合，再加入浓 HNO3， 并将整个体系在 60 ℃浴中反应 3 至 4 天，随后 用水对反应物进行多次清洗和干燥，从而得到 GO。这种方法在反应过程中会产生毒性较强的 二氧化氯气体，不仅危害人体健康，还对环境产 生影响。

（2）Staudenmaier 法：该方法在 Brodie 法基础上进行改进的方法，将浓 H2SO4、浓 HNO3 溶液均匀混合，并将石墨加入到混合溶液中；然后，将 KClO3 缓 慢加入到混合反应物中，并在常温下持续反应 4 天；最后，对反应物进行清洗和干燥，从而得 到 GO。Staudenmaier 法与 Brodie 法相比，由于 氧化反应速率有所提高，故可以在常温下进行 制备。

（3） Hummers 法：该方法是以浓 H2SO4、KMnO4为氧化体系，通过对石墨进行氧化处理、后续的 清洗、干燥，最终制备出 GO 。

2.3 外延生长法
外延生长法（Epitaxial growth）是利用生长基质(常为稀有金属)的原子结构，结合高温渗透和低温表面析出的原理，在金属衬底表面生长出单层或少层的石墨烯晶膜。采用这种方法可制备单层（single-1ayer）和双层（bilayer）的石墨烯。该方法的缺点也比较明显，那就是渗碳工艺复杂并且产量很低，无法满足复合材料制备过程中对橡胶、树脂等材料的大规模石墨烯填充.并且在碳原子从金属内部向表面迁移的过程中，很难形成单层的石墨烯样品，多数情况下为多层石墨烯。石墨烯在形成后需要从金属表面进行转移，这一个步骤也比较复杂。

来源：百度

2.4 CVD法
化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition)制备石墨烯，是先将含碳的物质在一定条件下使其气化并发生化学反应，再将反应生成物沉积到基底表面生成石墨烯的制备方法。在 CVD 法制备石墨烯过程中，环境气氛、催化剂等对制备石墨烯性能有显著影响。CVD 法可以制备具有优异物理性能的石墨烯，重复性高，可用于工业化生产，但 CVD 法 制备石墨烯薄膜存在制备成本较高，沉积时间较长，且金属基底无法重复利用，在转移过程中石墨烯薄膜容易受损等不足之处。

来源：百度

03 石墨烯热导率
3.1 石墨烯本征热导率
2008 年,为 了 精 准 测 量 石 墨 烯 的 本 征 热 导 率，Balandin 等将石墨进行机械剥离,制备出单层石墨烯，将其悬浮于 Si/SiO2基底凹槽上，采用非接触式光热拉曼的方法测量了单层石墨烯的热导率，如图 所示，悬浮于沟槽上的单层石墨烯中央部分被激光加热,产生局部热点并在单层石墨烯片层内部传播，通过拉曼 G 峰值对应的频率对激发激光功率的依赖性得出单层石墨烯在室温下的热导率为4840~5300 W/(mK)。

来源：石墨烯导热材料研究进展

3.2 石墨烯热导率的影响因素
（1）层数：石墨烯的层数对其热导率有很大影响，单层石墨烯在发生热传导时,声子的传播没有横向分量，随着石墨烯层数增加，声子散射产生横向分量，从片层顶部到底部存在边界散射，热导率降低，渐渐接近石墨。

（2）缺陷：石墨烯缺陷可以分为固有缺陷和外部引入缺陷两类，固有缺陷由碳原子非正常排布造成，主要包括点缺陷与空位缺陷，晶界及线缺陷两种形式。石墨烯中的点缺陷是指由碳-碳单键旋转而产生的相邻的五边形和七边形环对，这种缺陷的生成不涉及碳原子引入或缺失。单空位缺陷是指石墨烯六元碳环中损失一个碳原子，在单空位缺陷的基础上,如果再丢失碳原子,就会产生多空位缺陷,碳原子的缺失会造成区域结构重排,这种结构缺陷会成为热流散射的中心，削弱石墨烯的热耗散能力，导致本征热导率降低。

（3）粗糙度以及边缘形状：粗糙的边缘会导致声子的散射,具有光滑边缘的石墨烯的热导率要高于边缘粗 糙 的石墨烯，Evans等采用分子动力学模拟计算，之字形光滑边缘的石墨烯热导率约为 3000 W/(mK),而边缘粗糙的石墨烯仅为 800 W/(mK),同样的，扶手椅边缘的石墨烯也遵循此规律。对于不同边缘形状的石墨烯而言，之字形边缘的石墨烯比扶手椅状的石墨烯热导率高，这是由于在单位长度下扶椅式边缘的原子数比之字形边缘原子数量更多，所以声子散射的程度更高。

（4）晶粒尺寸：固体的热导率随晶粒尺寸增加而增加，而当声子在室温下平均自由程大于三声子过程确定的平均自由程，则声子在室温下对于石墨材料的平均微晶尺寸或晶粒尺寸将会变得不敏感，导致材料的热导率发生变化。

（5）热处理工艺：无论是通过氧化石墨烯还是石墨片制备石墨烯基导热材料，都需要进行还原过程去除官能团等杂质，提高石墨化程度。目前还原处理主要有低温化学还原、高温热退火和高温热压 3 种，不同的处理工艺会导致热导率的变化。

（6）其他：在石墨烯的制备过程中可能会出现的聚合物残留以及出现的同位素取代，都会导致石墨的热导率的下降。

04 应用领域
4.1 集成电路领域
石墨烯具备作为优秀的集成电路电子器件的理想性质，高载流子迁移率以及低噪声。2011年，IBM成功创造了第一个石墨烯为基础的集成电路-宽带无线混频器，电路处理频率高达10 GHz，其性能在高达127℃的温度下不受影响。石墨烯纳米带具有高电导率、高热导率、低噪声的特点，是集成电路互连材料的一种选择。

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4.2 晶体管
2005年，Geim研究组与Kim研究组发现，室温下石墨烯具有10倍于商用硅片的高载流子迁移率，并且受温度和掺杂效应的影响很小，表现出室温亚微米尺度的弹道传输特性（300 K下可达0.3 m），这是石墨烯作为纳电子器件最突出的优势，使电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管成为可能。较大的费米速度和低接触电阻则有助于进一步减小器件开关时间，超高频率的操作响应特性是石墨烯基电子器件的另一显著优势。在现代技术下，石墨烯纳米线可以证明一般能够取代硅作为半导体。

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4.3 透明电极
石墨烯良好的电导性能和透光性能，使它在透明电导电极方面有非常好的应用前景。触摸屏、液晶显示、有机光伏电池、有机发光二极管等等，都需要 良好的透明电导电极材料。特别是，石墨烯的机械强度、柔韧性以及透光性优于常用材料氧化铟锡。通过化学气相沉积法，可以制成大面积、连续的、透明、高电导率的少层石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的阳极，并得到高达1.71%能量。

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4.4 传感器
石墨烯独特的二维结构使它在传感器领域具有光明的应用前景。巨大的表面积使它对周围的环境非常敏感，即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到。这检测目前可以分为直接检测和间接检测。通过穿透式电子显微镜可以直接观测到单原子的吸附和释放过程。通过测量霍尔效应的方法可以间接检测单原子的吸附和释放过程。当一个气体分子被吸附于石墨烯表面时，吸附位置会发生电阻的局域变化。当然，这种效应也会发生于别种物质，但石墨烯具有高电导率和低噪声的优良品质，能够侦测这微小的电阻变化。

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4.5 导热材料/热界面材料
研究表明，室温下石墨烯的热导率（K）已超越块体石墨（2000 W/(mK)）、碳纳米管（3000~3500 W/(mK)）和钻石等同素异形体的极限，达到5300 W/(mK)，远超银（429 W/(mK)）和铜（401 W/(mK)）等金属材料。优异的导热和力学性能使石墨烯在热管理领域极具发展潜力，石墨烯基薄膜可作为柔性面向散热体材料，满足LED照明、计算机、卫星电路、激光武器、手持终端。

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除过上述的应用范围之外，石墨烯还可以被用在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、石墨烯生物器件、抗菌材料、石墨烯感光元件、海水淡化等领域，这也是为什么石墨烯被称为“材料之王”的原因。

05 石墨烯导热材料行业分析
5.1 行业分析
随着石墨烯的诞生，各个国家逐渐都开始开展关于石墨烯的研究，但是该材料存在很多技术问题，例如成本高、价格昂贵、工艺复杂、生产成本高等等问题。作为石墨资源大国和全球制造业大国，我国在石墨烯应用方面具有巨大的市场空间，在国家及地方政府的支持下，近几年我国石墨烯产业化快速发展，初步构建起以石墨烯原材料、研发、制备、应用为主体的产业链。

全球石墨烯主要代表性企业大部分集聚在亚太和欧美地区。其中，加拿大依靠丰富的资源，吸引了许多石墨矿公司。美国、英国等发达国家，由于经济发达，科研能力较强且产业链成熟，吸引了主流龙头石墨烯产业公司以及石墨烯研究院进入。

目前，我国石墨烯行业属于新材料行业，目前尚未有量产的替代品，因此替代品威胁较小，现有竞争者数较多，行业内竞争激烈。同时，因行业存在较高的资金、技术门槛，潜在进入者威胁较小。近年来在国家及地方政府的支持下，我国石墨烯产业化快速发展，初步构建起以石墨烯原材料、研发、制备、应用为主体的产业链。东南沿海地区凭借其优越的地理位置、便利的交通条件以及雄厚的经济实力涌现出一批具有规模效应的石墨烯企业，其中广东、江苏、山东石墨烯产业区域带尤为突出。

5.2 代表性企业
随着电子产品的升级，电子工业设计向轻薄化、精巧化发展，导致电子产品功耗增强，这都对散热技术提出了更高的要求。石墨烯具有目前最高的理论热导率，改材料在导热散热领域方向有着极大的潜力。采用石墨烯作为导热填料制备的热界面材料，以及制备的石墨烯散热膜都成为了热管理材料领域核心材料。目前国内外从事石墨烯导热材料生产和开发的企业有中石科技、墨睿科技、宝泰隆、杭州高烯科技有限公司、富烯科技、苏州天脉、碳元科技、深圳垒石、上海利物盛企业集团有限公司、泰兴挚富新材料科技有限公司、江苏斯迪克新材料科技股份有限公司、道明光学、深圳市深瑞墨烯科技有限公司、中科悦达（上海）材料科技有限公司、武汉汉烯科技有限公司、星途（常州）碳材料有限责任公司、佛山市晟鹏科技有限公司、深圳稀导技术有限公司、Panasonic、GrafTech、Bergquist、Laird等。（企业排名没有先后顺序）

（1）富烯科技

常州富烯科技股份有限公司成立于2014年12月，是一家专注于石墨烯散热材料、金属基复合散热材料研发、生产和销售的高新技术企业。公司产品涉及石墨烯膜、石墨烯导热板、石墨烯导热垫片、石墨烯微片、石墨烯导热片等多种石墨烯产品，产品广泛应用于中高端智能手机、平板电脑等消费电子产品，以及笔记本电脑、智能可穿戴设备、ICT设备、航空航天、医疗器械等领域，并逐步向半导体封装、新能源汽车等热管理领域拓展。

（2）中石科技

公司可提供的产品主要有高导热石墨产品（人工合成石墨、石墨烯高导热膜、可折叠石墨等）、导热界面材料、热管、均热板、热模组、EMI屏蔽材料、粘接材料、密封材料等。

（3）墨睿科技

墨睿科技是一家专门从事石墨烯等低维纳米材料应用开发的高科技新材料公司，拥有一支由多名海外引进高层次人才带领的石墨烯领域国际一流的科研团队，掌握多种石墨烯制备技术及数十项国际国内专利，在石墨烯领域拥有三项世界第一，亦是全球首家完成石墨烯原料生产到导热膜制备的全链条生产的公司。

（4）宝泰隆

宝泰隆新材料股份有限公司是集清洁能源、煤基石油化工生产；石墨深加工、石墨烯及应用、针状焦及锂电原材料等新材料开发；石墨和煤炭开采及洗选；发电及供热民生服务于一体的大型股份制企业。

（5）杭州高烯科技有限公司

杭州高烯科技有限公司是国家级专精特新“小巨人”企业、国家高新技术企业，公司秉承首创（First）、极致（Best）、使命（Most）“3T”经营理念，致力于单层氧化石墨烯及其宏观组装材料的研发、生产及技术服务。成功开发出石墨烯“1+3+3型”产业链技术和产品。

（6）苏州天脉

苏州天脉成立于2007年，主营业务为导热散热材料及元器件的研发、生产及销售,主要产品包括热管、均温板、导热界面材料、人工石墨膜等，产品广泛应用于智能手机、笔记本电脑等消费电子以及安防监控设备、汽车电子、通信设备等领域。

（7）碳元科技

碳元科技成立于2010年8月，已于2017年3月20日在上交所上市。碳元科技主要从事高导热人工石墨膜、超薄热管和超薄均热板等散热材料的研发、生产和销售，主要应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等消费电子产品。

（8）深圳垒石

深圳垒石成立于2012年11月，主要从事电子产品散热材料的研发生产和销售，主要产品包括人工石墨散热膜、热管、均温板等，产品广泛应用于智能手机、笔记本电脑、智能家居、智能手表等消费电子产品。

（9）上海利物盛企业集团有限公司

上海利物盛集团坐落于上海宝山高新技术产业园区，是以实业投资为主的民营企业。利物盛在以生产汽车零部件为支柱产业的基础上，本着“创新驱动发展”的理念，于2010年起重塑集团型企业发展战略，成立了以专家、博士、硕士等组成的石墨烯产业技术研发中心，创立了政府命名的上海石墨烯应用科技孵化园。在院士专家工作站数位院士的指导下，转型投入到石墨烯材料的研发及应用领域的开发之中。

（10）泰兴挚富新材料科技有限公司

泰兴挚富新材料科技有限公司，2019年成立于泰兴市，是“锦富技术”旗下控股子公司。公司是一家专注新型功能材料领域，拥有多项自主知识产权，致力于热管理材料/电磁屏蔽材料/新能源材料研发、生产和销售为一体的高新技术企业，产品广泛使用于智能手机、平板电脑、新能源汽车和可穿戴设备等。

（11）江苏斯迪克新材料科技股份有限公司

江苏斯迪克新材料科技股份有限公司成立于2006 年，是国家火炬计划重点高新技术企业、江苏省制造业突出贡献优秀企业。公司的主要产品包括功能性薄膜材料、电子级胶粘材料、热管理复合材料和薄膜包装材料四大类，主要应用于消费电子、新型显示、新能源汽车、家用电器、陶瓷电容等重点领域，战略布局面向全球，销售网络国际化。

（12）道明光学

道明光学股份有限公司成立于2007年11月，作为一家集产品研发、设计、生产、销售于一体的材料企业，产品包括用于电子产品导热散热的石墨烯薄膜以及石墨膜。

（13）中科悦达（上海）材料科技有限公司

中科悦达（上海）材料科技有限公司由中科院上海微系统所、江苏悦达集团和丁古巧博士团队三方于2018年3月共同出资成立的高科技企业。全资子公司上海烯望新材料科技有限公司从事石墨烯材料和产品研发，控股子公司江苏烯望新材料科技有限公司从事石墨烯散热膜研发和生产，2021年底年产能扩产至150万平方米。

（14）武汉汉烯科技有限公司

武汉汉烯科技有限公司成立于2019年10月，紧密依托武汉理工大学何大平教授技术团队和湖北省射频微波技术研究中心，研发具备高导热和高导电的宏观石墨烯膜。2021年11月获千万融资用于生产线扩产，产能将达到60万平米/年。

（15）佛山市晟鹏科技有限公司

佛山市晟鹏科技有限公司成立于2021年3月，主要从事以二维氮化硼、石墨烯为代表的二维材料及其器件的研发、生产、应用开发及市场推广，是深圳市盖姆石墨烯中心的重点产业转化项目之一。

（16）深圳稀导技术有限公司

深圳稀导技术有限公司是国内石墨烯散热材料领先企业，是由深圳中讯源科技集团投资成立，拥有自主研发核心专利的六大系列产品：石墨烯散热薄膜、石墨烯散热基板、石墨烯改性塑料、石墨烯涂层、陈列式碳纳米管、复合材料。

（17）Panasonic

松下成立于1918年，总部位于日本，世界500强企业，全球性电子产品厂商，人工合成石墨材料领导者，应用领域包括移动通信、新能源、汽车和医疗等。

（18）GrafTech

Graftech创立于1886年，总部位于美国，世界知名的石墨电极生产商，在石墨材料领域处于世界领先地位，主要产品为石墨电极等。

（19）Bergquist

贝格斯公司(thebergquistcompany)是一家生产导热产品的美国公司，在开发和生产导热材料方面居于世界地位。

（20）Laird

莱尔德集团始创于1898年英国，主要从事电磁屏蔽材料、导热界面材料的设计和制造以及提供无线应用和天线产品的制造商。

06 总结
石墨烯作为目前世界上已知材料中导热性能最好的材料，代表着整个传热学科和传热领域的未来。目前，对石墨烯的研究仍然在如火如荼的进行当中，人们通过对其结构、性能、制备等方面进行深入的研究和探讨，推动了石墨烯量产时代的到来，那时利用石墨烯的超高强度和韧性、超高的导电和导热性能做出来的产品必然能够带来一次新的技术革命，使人类早一天过上美好而便捷的生活。随着石墨烯制备水平的发展和石墨烯应用技术水平的发展，石墨烯材料能够应用在更多的下游产品和领域中。石墨烯的研究和产业化发展持续升温，未来将会应用于锂离子电池、锂硫电池、薄膜分离、超级电容器等制造中。

参考资料
[1]Science,Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films（2004）。

[2]Applied Surface Science Advances,Efficient strategies to produce Graphene and functionalized graphene materials: A review（2023）。

[3]Results in Chemistry,Recent advances of graphene-based materials for emerging technologies （2023）。

[4]Composites Part A: Applied Science and Manufacturing，Recent advances on graphene: Synthesis, properties and applications（2022）。

[5]材料工程，石墨烯导热材料研究进展（2021）。

[6]陶瓷学报，石墨烯和氧化石墨烯制备技术与应用研究进展（2023）。

[7]石墨烯的应用领域（2022）。

[8]石墨烯传奇，科学网（2019）。[9]石墨烯行业分析，前瞻网（2023）。

原文链接：石墨烯：“黑金”曲折的诞生史

7月6日，第五届中国福建（永安）石墨烯创新创业大赛在三明永安举办。本次大赛吸引了来自国内外23个企业和团队的报名参赛，最终13个项目入围决赛，涉及石墨烯制备、复合纤维、导电、热管理、传感器、电磁防护等多个石墨烯应用领域。

活动当天，大赛决赛采用现场答辩的方式，由6位专家导师和30位行业企业评审现场打分，并结合专家导师综合评议结果，最终决出大赛一、二、三等奖和优秀奖。

截至目前，永安已成功举办了五届中国（永安）石墨烯创业创新大赛，成为石墨烯产业优质项目路演的根据地和成果展示的舞台，先后吸引了156个国内外石墨烯项目团队报名参赛，其中共有74个项目成功入围决赛，7个项目已成功落地。

“平均而言，2022年每周至少推出一种石墨烯增强产品。”回望2022年的石墨烯产业，碳材料资讯平台Carbontech写下了这样一段话。这也意味着，从实验室研究到具体的产品运用，整个石墨烯产业都向前迈了一大步。

今天，就带大家一起回顾2022年，石墨烯行业的一些重大事件。

首先，学术方面。

2022年3月，清华大学集成电路学院任天令教授团队在小尺寸晶体管研究方面取得重大突破，首次实现了具有亚1纳米栅极长度的晶体管。该成果发表在《自然》杂志上，对提升芯片性能将有很大作用，而这一研究的成功离不开石墨烯。据悉，任天令教授团队巧妙利用石墨烯薄膜超薄的单原子层厚度和优异的导电性能作为栅极，才取得了突破性成果。

其次，政策方面。

2021年12月底，工信部发布《“十四五”原材料工业发展规划》，其中提到：“原材料工业包括石化化工、钢铁、有色金属、建材等行业，也包括新材料产业，是实体经济的根基，是支撑国民经济发展的基础性产业和赢得国际竞争优势的关键领域，是产业基础再造的主力军和工业绿色发展的主战场。”石墨烯作为“新材料”之王，也将是我国制造业发展中的重要原材料。

2022年11月，工信部批复组建3个国家制造业创新中心，分别是石墨烯创新中心、国家虚拟现实创新中心、国家超高清视频创新中心。据悉，这三家创新中心分别依托3家公司组建，包括宁波石墨烯创新中心有限公司、南昌虚拟现实研究院有限公司、四川新视创伟超高清科技有限公司。之后，工信部将加强对3家创新中心的指导，促使其成为石墨烯产业发展的有力支撑。

再者，专利成果方面。

相关数据显示，截止2022年12月，石墨烯公开专利已达27248项，增长率为14.3%，2021年这一数据为23843项。这一年，我国石墨烯专利技术申请量占到全球的80%。

最后，市场方面。

供给端侧，据2021(第八届)中国国际石墨烯创新大会公布的数据，中国是石墨烯材料生产大国，其中石墨烯薄膜产能740万平方米，石墨烯粉体产能1.46万吨。截止2022年12月，我国工商部门注册的石墨烯相关企业已超45000家，其中包括19家A股上市企业，贝特瑞、方太炭素、银基烯碳均是这一领域的龙头企业。需求端侧，石墨烯市场规模达百亿级，而在2015年左右，石墨烯市场规模仅为6亿元。不过，目前石墨烯更多是被作为产品添加剂，并未彻底发挥出其作为“新材料之王”的强大优势。

基于以上四方面，可以窥见我国石墨烯产业经历了萌芽期之后，已经迈入了产业突破期的新阶段。无论是政府政策，还是科学研究和商业应用，都取得了一定的成果。近些年，打着石墨烯名号的产品确实越来越多，大众对石墨烯的认知度不断提高。石墨烯在新能源、涂料、大健康、节能环保、化工新材料、电子信息等领域，应用越发广泛。一方面，这凸显了“新材料之王”在科学技术和社会生产层面的进步。但另一方面，石墨烯产业依旧存在一些痛点，如技术瓶颈、产品质量、市场化程度等等。

对于石墨烯产业发展的现状，“石墨烯之父”安德烈·盖姆曾指一针见血地指出：“人们当然希望出现一些革命颠覆性的产品，不是说石墨烯没有这种可能，只是到目前为止，我们还没有走到这个阶段。”这也意味着，当前的石墨烯应用市场依旧充满挑战，高端应用需求才是石墨烯产业发展的真正方向。如同盖姆所说：“仅中国一地，每年企业平均生产出数百吨石墨烯，但大部分是石墨烯粉末，将粉末掺杂入电池、塑料中，可以改变原材料的特性，掺杂入油漆中，可以让油漆更加持久耐用，从而节省成本，实现环保目的。但在我看来，这些不能算是真正的石墨烯产品。”

回顾2022，并未迎来石墨烯产业的拐点，而新材料产业本就具有周期长、投入高等特点，石墨烯的发展也不过十多年时间。2021年11月，石墨烯联盟曾发布《国内外石墨烯新材料产业发展十年回顾》，提出我国涉石墨烯的下游应用企业比例在逐步上升，石墨烯的市场化在逐步展开。从研发成果到市场应用，石墨烯产业还有很长一段路。