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中美石墨烯產業發展的8大差異及其重要啟示

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年06月18日  

自石墨烯被成功制備以來,世界各國都掀起了“石墨烯熱”。從競爭行為層面看,美國和中國屬于世界第一梯隊,石墨烯產業表現出很強的競爭實力。我國天然石墨的儲量、國家對石墨烯的重視程度及石墨烯的產業化進程遠超美國。但與美國相比,我國石墨烯產業發展還存在偏低端化、標準制度不完善等諸多問題。本文主要通過闡述中國與美國石墨烯產業發展的8方面差異,發現我國石墨烯產業發展中存在的問題,并提出相應的對策建議,以期我國石墨烯產業能向高端、精準、質優的方向邁進。

一、中美石墨烯產業發展差異

1、資源:依賴進口VS世界第三

美國:根據美國地質局統計數據,近年來美國官方并未公布天然石墨的開采數據,美國天然石墨消費主要依賴進口。

中國:由美國地質調查局數據顯示,全球石墨儲量2.5億噸,其中土耳其、中國、巴西的總儲量占世界儲量的85%以上,其中中國5500萬噸,占比22.0%,位居全世界第三。

對比:我國具有明顯的儲量優勢。美國天然石墨儲量不多,依賴進口。

2、心態:有序理性VS快追猛上

美國:相對淡定。并未將推動石墨烯技術研發提高到國家戰略層面上,研究項目也并不享受優先級的待遇。

中國:高度關注。政府出臺大量政策支持,地方設立諸多優先級的待遇,企業積極投入想要早分一杯羹。

對比:美國的石墨烯項目嚴謹而理性,僅以“石墨烯研究很重要”為由根本不予批準,倒逼研究者發揮更高的創造力;中國石墨烯產業發展環境相對寬松,成果很多,但多而雜,整體質量不高。

3、概念:單層石墨VS石墨烯類

美國:石墨烯是單層石墨,其優良特性主要體現在單層結構上,隨著層數的增加,諸多優越性能都將降低。

中國:10層以下的都是石墨烯,包括單層石墨烯、多層石墨烯、氧化石墨烯等。

對比:目前國內實現量產的石墨烯多數是晶格缺陷較高、多層堆疊的石墨烯類產品,只能體現石墨烯的部分特性,并且缺乏統一的檢測標準。

4、制備:“自下而上”VS“自上而下”

美國:主要采用“自下而上”的CVD法和外延生長法。

中國:我國大多數石墨烯都是通過“自上而下”的氧化-還原法制備而成。

對比:“自下而上”法制備石墨烯雖然制備成本較高,但制備出的石墨烯多為面積較大、質量較高的單層石墨烯;“自上而下”雖然成本低、可大規模生產,但制備出的石墨烯往往存在許多缺陷,也難以用于集成電路、芯片、傳感器、光電器件等領域。

5、研究:基礎為主VS偏重應用

美國:科學界和產業界普遍認為,石墨烯目前仍以實驗室研發為主,尚不適合大規模產業化。

中國:急于將技術推向市場,加大產業化應用推廣。

對比:基礎研究為應用研究提供原始驅動力,需要資金支持,有可能“坐冷板凳”;應用研究在目標上考慮的是科研能否快速得以應用和贏得利潤,需要基礎研究的支持。基礎研究缺乏創新,應用研究便不可持續。

6、專利:少VS多

美國:在檢索到的全球51054件專利(族)中,申請了美國專利的有7652件,約占15%。其申請者主要以IBM、沃爾貝克、美國納米技術儀器公司等大型跨國公司為主,重點布局于集成電路、晶體管、傳感器、信息存儲、增強復合材料等領域。

中國:在檢索到的全球51054件專利(族)中,申請了中國專利的有37521件,約占73.5%,專利數量位居全球首位。集中于復合材料領域,其次為儲能、水/氣體處理、傳感器等領域。

對比:美國對石墨烯的研究早于中國,但近幾年的專利數量遠比不上中國。而且,近幾年,中國的石墨烯技術專利數量快速增長,美國在2015年以后反而有下降的趨勢,說明中國在石墨烯科研領域的熱度遠超美國,研究成果也遠多于美國。但由于美國具有嚴格的專利審核制度,專利的整體水平較高;而中國真正具有原創性和較大技術影響力的專利很少,有些重量輕質且缺乏系統性。

7、應用:單層、高端VS復合、低端

美國:更多集中于單層石墨烯器件、電子信息和醫療健康等方面。

中國:側重于石墨烯復合功能材料領域的研發,比如儲能材料、涂料、改性纖維和熱管理材料等,其應用領域以儲能、保暖理療、重防腐等為主。

對比:相比之下,我國的應用領域及方向偏低端化。

8、模式:集中VS分散

美國:已經形成一套較為完善的產業組織體系,研究機構、孵化器、大學技術轉讓辦公室、非盈利機構和企業等各個主體分工明確且協同有序。同時,政府堅持集中、持續性的直接投入,尤其對基礎性、戰略性、前沿性的研究,支持周期一般都在5年以上。

中國:針對石墨烯的“企業+研發機構+孵化器/創新中心”的發展模式尚處于摸索起步階段,研究投入也較為分散。

對比:相比較而言,美國的模式的可持續性更強。

二、對我國石墨烯產業發展的啟示

跟美國相比,我國有著豐富的石墨資源,國家高度重視石墨烯產業的發展,在產業化方面走在國際前列,這些都領先于美國。據不完全統計,全國各地有20多家在建或已建成的石墨烯研究院或產業基地,包括常州、無錫、北京、青島等先發城市,地方政府的相關財政資金也有望在未來幾年達到千億規模,已經初步形成以企業為主體、產學研結合的技術創新體系。

但是,在媒體、資本的熱炒下,石墨烯也呈現出產業化虛假繁榮的泡沫和低端化趨勢,市場化應用頻頻遇冷,遭到了人們的質疑。尤其是在基礎研究領域,我國跟美國還有差距。只有通過重新審視我國石墨烯產業發展方向和階段、以創新為驅動力邁向產業鏈中高端等一系列措施,才能在一擁而上的熱烈氛圍中保持清醒,真正做大做強石墨烯產業。

1、方向:重新審視和評估我國石墨烯發展方向和階段

一是把握國際研究的主流方向,在深入研究美國、歐盟、日本、韓國等國家的石墨烯發展策略、重點方向、研發布局等,對我國石墨烯的研發方向進行重新審視,避免方向的錯誤和偏差;二是將石墨烯重點研究方向與制造業強國戰略相統一,圍繞新一代信息技術、特種航天裝備、節能與新能源汽車、生物醫藥等重點領域發展需求,聚焦重點,從國家層面進行前沿性和戰略性方向、專利和產品的布局。

2、政策:遵循我國的階段性特征,加強頂層設計和政策指導

制定相應的發展戰略、規劃和路線圖,對各階段的發展目標、產業布局、重點企業培育、關鍵技術突破、下游應用行業、政策等進行統一部署,合理規劃產能和發展路徑,推進石墨烯差異化、特色化、集群化發展,避免低端同質化重復建設。

3、技術:推動制約產業發展的關鍵技術的突破

整合各類創新資源,建立國家級石墨烯創新中心,制定技術創新目錄和技術突破路線圖,對材料制備技術、清潔生產技術、下游高端應用等關鍵技術加強攻關。設立石墨烯產業基金,采用政策性財政支出和社會資本共同參與的模式,加快關鍵技術成果的轉化,尋找殺手锏級的高端應用領域、方向和產品。

4、標準:加快石墨烯標準體系建設

一是積極參與國際標準制定,熟悉。

二是盡快研究制定一批國家標準和行業標準,建立標準規范體系。包括相關產品定義、檢測和使用標準、行業規范條件,從產業布局、生產工藝與裝備、清潔生產、質量管理等方面加以規范。

5、人才:培育領軍型企業和人才

充分發揮產業政策和財政資金的引導作用,鼓勵社會資本參與,以培育具有國際競爭力的企業為目標,選擇少數真正有創新實力的企業進行重點培育,促進人才、資源、資本向優勢企業集中;加強企業高端人才隊伍建設,結合國家和國際合作項目等,幫助優勢企業引進能夠帶來核心技術的高端人才或技術團隊,建立健全高端人才保障機制。

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