新三板石墨烯专题报告：“奇迹材料”的路与远方.pdf

新三板 |证券研究报告  2016 年 8 月 1 日  Table_IndustryRank  中立  公司名称  股票代码  现 价  (人民币 ) 2015 年每股收益  (元 /股 ) 股票评级  第六元素  831190.OC 10.52 (0.24) 未有评级  二维碳素  833608.OC - (0.33) 未有评级  华高墨烯  835672.OC - (0.14) 未有评级  凯纳股份  836410.OC - (0.80) 未有评级  Table_Source 资料 来源：万得，中银证券  以 2016 年 7 月 25 日当地货币收市价为标准  中银国际证券有限责任公司  具备证券投资咨询业务资格  Table_Industry 行业 : 材料  Table_Analyser 田世欣  (8621) 2032 8519 shixin.tianbocichina 证券投资咨询业务证书编号： S1300512080002 Table_Title 新三板石墨烯 专题报告  “奇迹材料” 的路与远方  Table_Summary 作为新一代碳纳米材料，石墨烯具有优异的理化性质，是电子、光学、磁学、生物医学、储能等领域最具应用潜力的前沿材料之一。从 2004 年在实验室被发现至今，石墨烯获得了广泛的关注和源源不断的资金 与 研发投入 ， 我国对石墨烯材料的研究进程位居全球前列， 各级 政府也给予了较大支持。近年来 在 柔性触控屏和复合材料领域 ， 石墨烯初露产业化曙光，储能、传感器、 芯片 等电子器件 领域 则 形成 研究热点。作为一种出现仅仅十余年的二十一世纪“奇迹材料”，石墨烯拥有极具吸引力的应用 前景 ，但真正实现产业化 仍有很长的路要走，投身其中的新三板企业也将继续上下求索、探求有效的商业模式和盈利 途径 。  投资 要点 ：   碳纳米材料新秀，优越特性催生产业革命希望。 石墨烯是由碳原子单层排列的二维原子晶体结构，是已知最薄、 强度最大 、导电 和 导热性优越、透明且致密的材料，这赋予了石墨烯广泛的应用潜力，从微电子器件、光学器件、储能、复合材料、 航空航天 到生物医药等领域都可以发挥 革命性 的作用。   石墨烯热潮席卷全球，部分领域产业化应用初露曙光。 2010 年起，各国对石墨烯高重视，大量投入资金推动石墨烯的研究和产业化进程，近年来复合材料和柔性触控 屏等方面的应用初露产业化曙光，而 在 超级电容器、传感器、芯片等领域也显示出巨大的发展潜力。   战略发展石墨烯产业，我国走在世界前列 。作为石墨烯专利大国，我国在这一前沿材料领域的研究走在世界前列，中国制造 2025将石墨烯列为重点发展的战略性新材料。在各地政府支持下，多个政产学研联合的产业区已经 建立 ，其中以江苏省的聚集度最高。目前国内石墨烯企业已超过 100 家，资本对这一产业青睐有加， 数十 家上市公司通过 合作 或并购方式投身其中。   应用 前景广阔，沿路仍需披荆斩棘 。石墨烯未来有望形成千亿级的产业规模，但 作为一种真正获得 发展不到十年的新材料而言，不但需要解决大规模制备的工艺难题、还需要 降低 居高不下的成本，找到合理性价比的应用方向。 从 国内 来看，研发与应用脱节、行业标准缺失、过度竞争和短期行为盛行等问题对行业产生了不利影响， 精研技术、拓展应用、 规范行业环境是目前首要解决的问题。  面临的主要风险：   石墨烯的 制备 技 术 和应用开发的进展 速度 低于 预期 。  推荐关注：  新三板共有 4 家以石墨烯为主业的 挂牌 公司，其中 已形成粉体和薄膜规模化生产能力的 第六元素和二维碳素值得关注。   第六元素 ：国内石墨烯粉体产能规模最大的生产企业之一，公司 拥有6 大系列 粉体产品线， 在涂料、复合材料等应用领域 已 取得阶段性成果， 而其积极通过与下游战略合作拓宽产业化路径也已取得明显成效，收入规模突破 2,000 万元。   二维碳素 ：国内石墨烯薄膜产能最大的企业之一， 年产能达 20 万平米 。其 自主研发的石墨烯透明导电薄膜已规模化应用于触控领域，在便携式智能终端、可穿戴电子产品等领域中是国内第一家销售石墨烯触控产品的企业 ，具有较高的技术含量和附加值 。 公司高度重视研发投入，积极开发新产品，是石墨烯薄膜生产及应用的领军 者 。   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  2 目录  有望掀起革命风暴的新材料之王  . 3 全球共同关注，石墨烯产业热潮席卷  . 7 上下求索，产业化发展初露曙光  . 9 专利大国，我国走在产业战略布局前列  . 17 前景广阔，希望的远方与沿路的荆棘并存  . 22 新三板石墨烯企业概览  . 25  2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  3 有望掀起革命风暴的新材料之王  石墨烯的源起  碳具有多样的电子轨道特性，完全以碳元素构成的碳材料具有各种各样特异的性质，在材料的历史发展中碳材料（如木炭、炭黑、石墨等）是基础的一环。 1990 年之后，碳材料翻开了新的篇章，新兴碳纳米材料具有更特殊更卓越的性质，其囊括的材料中既有世界上最软的材料，也有最硬的材料，既有绝缘体，也有半导体甚至超导体，既有绝热材料也有热导材料，将碳材料的应用领域扩展的更为广泛，其中又以富勒烯、碳纳米管、纳米金刚石和石墨烯为典型代表。  石墨烯（ Graphene）是由碳原子构 成的只有一层原子厚度的 二维晶体 ，在透射电子显微镜下可以看到石墨烯片层上存在大量纹波结构，振幅约为 1nm，如图1 所示。 2004 年， 英国曼彻斯特大学 物理学家 安德烈 盖姆 和 康斯坦丁 诺沃肖洛夫 ，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得 2010 年诺贝尔物理学奖。  图表 1. 石墨烯的结构   图表 2. 石墨烯的产生与分离  资料来源： 报告石墨烯的故事（张远波） 、中银证券   资料来源： 报告石墨烯的故事（张远波） 、中银证券  石墨烯的制备  石墨烯的主要的 制备 路径分为两种：一种是 Top-Down 途径，即以石墨为原料来制备石墨烯微片，包括剥离法和氧化还原法；另一种是 Bottom-Up 方法，包括外延生长法、化学气相沉积法、生物质转化法。    2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  4 图表 3. 石墨烯的主要制备方法  制备方法  制备 流程  产品尺寸  产品质量  制造成本  产业化  机械剥离法  在高取向热解石墨的表面蚀刻出一个槽面，然后压制在 SiO2/Si 基底上，极低尚附有光致抗蚀剂，然后用透明胶带进行剥离  中小尺寸  分子结构较完整  较低  费时费力，难 以量产  液相 /气相剥离法  把石墨加在某有机溶剂或水中，借助 超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液  较大尺寸  质量较好；单层产率 不高，有片层团聚  较低  可以量产  氧化还原法  先将石墨进行氧化得到石墨氧化物，使石墨层间距离从 0.34nm 增加至 0.78nm，再利用超声剥离得到单层石墨烯氧化物，还原之后即为石墨烯  小尺寸  分子结构遭到破坏， 尺寸形状有随机性  较低  可以大规模 生产  外延生长法  在高温下加热大面积单晶 6H-SiC 表面，在超高真空条件下加热脱除 Si 留下 C，制备的石墨烯片的厚度主要为 1-2 层  大尺寸  薄片不易与基层分离  较高  适合小批量 生产  化学气相沉积法  利用高温可分解的前躯体和平面基体的反应，通过 高温退火使碳原子沉积得到石墨烯片  大尺寸  结构完整、质量较好；但单层均一性生产难度大  较高  可以大规模 生产  生物质转化法  以玉米秸秆等生物质原料合成多孔类石墨烯材料  中小尺寸  杂质较多，难以生成 薄层石墨烯  较低  较难量产  资料来源： 百度文库 、中银证券  石墨烯的优异特性  作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强 、透明且致密 的新型纳米材料，石墨烯被 人们安上了 “ 新材料之王 ” 、“未来材料”、 “奇迹材料”等各种美誉 ，科学家甚至预言石墨烯 可能 “ 彻底改变 21世纪 ” ， 掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。 在新兴材料层出不穷的今天，石墨烯 能受到如此大的关注，原因即在于它的种种 优异特性 ：   电学性质 。 石墨烯是一种 特殊能带结构的零带隙半导体材料， 石墨烯的导电性能非常突出，室温下的电子迁移率约为 15000cm2/（ Vs） 。   热学性质。 导热性能高，室温下的热导率为 5000W/（ m K），比传统导热材料金刚石高出 1 倍以上。   物理外观。 比表面积高，单层石墨烯的比表面积高达 2600m2/g，单层石墨烯 光透射率高，往往可以作为透明导体 。   化学性质。 石墨烯具有超疏水 性和超亲油性，涂覆在金属表面使其具有耐腐蚀性。   力学性质。 石墨烯的力学性能好， 是人类已知强度最高的物质，强度为130GPa，是钢的 100 多倍， 刚度 和 柔韧性 也 都非常突出， 杨式模量为1.0TPa。 石墨烯各个碳原子之间的连接非常柔韧，施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，碳原子就不需要重新排列，保持了稳定的结构，且又坚硬又可以拉伸。   其他性质。 石墨烯还具备一些其他特殊的性质，如“光学透明性” 等，性质非常特殊，且在不同的条件下会有不同的表现 。   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  5 图表 4.石墨烯的主要性质  资料来源：百度文库、中银证券  石墨烯的 应用  石墨烯 的特性和应用在各个领域 都获得 了大量的研究 。科学家们普遍认为，未来石墨烯在 电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能 和 传感器 等领域将有广阔的应用。  在 电子器件 方面， 石墨烯不仅仅具备良好的导电性，且其电学性能非常特殊，在柔性触控屏、传感器、散热材料、芯片等电子器件中这种特殊的电学性质往往可以发挥至关重要的作用，再加上其透明性和突出的力学性质，非常适合制备透明光电器件。  在 储能 领域 ， 石墨烯 被期待应用于 超级电容器和锂离子电池 的制造 ， 且已经有了 突出 的表现 ， 这 主要是由于高导电性以及表面开发利于离子吸附，能量密 度异常高。  在 复合材料 领域， 将石墨烯与其他材料复合可制备性能增强的复合材料，石墨烯可以与高聚物、金属、陶瓷等复合，加强各种材料的机械性能、化学稳定性、导电性等等。  从 2009 年至今， 每年都 不断有石墨烯新产品问世，且 越来越接近实际应用和产业化制备，石墨烯晶体管、柔性 触摸屏、 超级电容器和 OLED/LED 等 产品 相继问世，为石墨烯产业化带来了极大的希望 。   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  6 图表 5.石墨烯的关键性产品 发 布 历程  资料来源： Graphene-Info、中银证券   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  7 全球共同关注 ，石墨烯产业 热潮席卷  石墨烯在 2004 年被发现， 2010 年，英国曼彻斯特大学两位科学家因从石墨中剥离石墨烯获得诺贝尔物理学奖，自此，国内外都对其高度重视，并投入了大量资金支持石墨烯的研究。中国、美国、欧盟、日本、英国和韩国等等经济体，都是走在石墨烯领域发展的前列，也是对石墨烯产业支持投入最大的几个国家或者组织，他们不仅对此投入大量资金，还设立研究机构，打造产业联盟，积极推动石墨烯研究和产业化的进程。  图表 6.中国石墨烯专利申请量   图表 7. 全球石墨烯专利申请分布  1 5 3 11 76 254738211336125316792501 ,0 0 02 ,0 0 03 ,0 0 04 ,0 0 05 ,0 0 06 ,0 0 07 ,0 0 08 ,0 0 09 ,0 0 02005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015韩国20%美国18%日本7%加拿大2%欧专局1%英国1%德国1%其他4%中国46%资料来源：中华人民共和国知识产权局、中银证券   资料来源： 2015 石墨烯专利技术 分析报告、中银证券  2010 年以后 ，石墨烯的相关研究呈爆发式增长，其专利申请量也骤然增多。石墨烯技术专利最早优先权国家主要是中国、韩国、美国，三者占全球石墨烯专利的 80%以上，其中：  中国 石墨烯技术 专利占比接近一半，足以说明中国对石墨烯领域的研究非常重视，且 研究水 平 保持在 世界 前列。 中国目前已经初步形成了政府、科研机构、研发和应用企业系统创新的官产学研合作机制。目前主要的石墨烯产业化方向集中在制备、储能、触摸屏和涂层等方面。  韩国 政府对石墨烯产业亦采取不间断的支持态度，同时本国大型公司如三星也对此进行巨大 投入，保证了在石墨烯应用于柔性显示、触摸屏及芯片等领域的国际领先地位。  美国 在前沿科技领域一直维持强势地位，对石墨烯的研究投入早力度大，大型企业如 IBM、英特尔、波音等和众多小型创业型企业共同布局石墨烯产业的格局，科研和产业化实力均十分雄厚。  日本 是碳材料产业最发达的国家之一，从 2007 年起就对石墨烯开发进行资助，众多企业 如日立、索尼、东芝等投入了大量资金和人力从事石墨烯的基础研究以及应用开发 。  英国和欧盟 近几年也加大了对石墨烯产业的投入，政府投入大量资金推动学术研究，一些工业巨头如巴斯夫、拜耳等也纷纷对此 进行商业研究。   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  8 图表 8.国内外 机构 对石墨烯产业的支持 情况  国家  资助机构  资助项目  资助资金  中国  国家自然科学基金  投入 2.1 亿元推动石墨烯项目的产业化 （ 2013）  2.1 亿元  美国  国家自然科学基金会 （ NSF）  石墨烯基材料超级电容应用项目（ 20092012）；  美国结构材料工业公司的石墨烯基高灵敏度 NOx 探测器项目；  石墨烯和碳纳米管材料连续和大规模纳米制造（ 20112015）；  （ 资助超过 500 项有关石墨烯的研究 ）  63.4 万美元  国防部高级研究计划署（ DARPA）  碳电子射频 应用项 目 ， 用石墨烯制造电脑芯片和晶体管 （ 2008）  2200 万美元  俄亥俄州研究商业化资助项目 （ ORCGP）  纳米技术仪器股份有限公司用于锂离子电池用纳米石墨烯复合电极的商业化生产（ 2009）  35 万美元  欧盟  欧盟第七框架计划 （ FP7）  石墨烯基纳米电子器件项目 （ 20082010）  239 万欧元  欧洲研究理事会 （ ERC）  石墨烯物理性能和应用研究项目 ， 研究周期为 3 年  177.5 万欧元  欧洲 科学基金会（ ESF）  欧洲石墨烯项目 （ 2008）   欧盟 委员会  石墨烯旗舰项目 ， 列入未来 “ 新型技术旗舰计 划 ” （ 2011）  10 亿欧元  未来和新兴技术 （ FET）（ 20102013）  5 亿欧元  地平线 2020 研究和创新资助计划 （ 20142020）  770 亿欧元  英国  工程和自然科学研究委员会（ EPSRC）  石墨烯基自旋器件模拟项目 （ 20102012）  4.9 万英镑  石墨烯基 晶体管传输模拟项目 （ 20072010）  19.8 万英镑  政府出资  石墨烯商业化 （ 2012）  2200 万英镑  建立国家石墨烯研究所（ NGI） （ 2013）  6100 万英镑  石墨烯研究项目 （ 2015）  2150 万英镑  日本  科学技术振兴机构 （ JST）  硅基体上石墨烯材料 /器件的技术开发项目（ 2007）   经济产业省  实施的 低碳社会实现之超轻 、 高轻度创新融合材料项目 ， 重点支持了碳纳米管和石墨烯的批量合成技术 （ 2011）  韩国  韩国教育技术部等部门  资助 90 项相关研究项目 （ 2007 到 2009）  1870 万美元  原知识经济部  石墨烯 技术研发 （ 20122018）  1.24 亿美元  石墨烯产业应用研究 （ 20122018）  1.26 亿美元  韩国产业通商资源部  宣布整合韩国国内研究机构与企业力量， 在未来 6 年投入 4230 万美元，来打造每年约 153 亿美元的市场 （ 2013）  4230 美元  资料来源：石墨烯技术产业现状及发展建议（李汉清），中银证券   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  9 上下求索，产业化发展初露曙光  综合各类研究资料和产业新闻，我们梳理了中国石墨烯现阶段的产业化进程和主要产品应用的开发情况。  目前阶段，触控屏和复合材料（如防腐涂料等）成为石墨烯产业化发展最快的两大领域，这两大领域的石墨烯产品的发展已经较为成熟，初步进入产业化，也有企业进行了批量规模化生产 。  而电池储能领域和电子器件则是当前产业化研究的两大热点，研发投入 量大，也不断高性能的产品研制推出，但暂时未真正进入规模化生产阶段。  图表 9. 石墨烯产品的产业化进程  资料来源：中银证券  复合材料  石墨烯复合材料主要用于制备涂料、导电油墨和过滤材料。初具产业化规模的石墨烯复合材料特指石墨烯涂料以及导电油墨两种应用。   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  10 图表 10.石墨烯在复合材料中的应用  资料来源：中银证券  石墨烯涂料 。 石墨烯同时具备优异的导电性和防腐蚀性能，因此可以用于导电涂料和防腐涂料。  （ 1） 导电涂料 。汽车塑料件喷涂大部分用的是空气喷涂，这种方法严重浪费涂料，且排放大量挥发性有机化合物， 静电喷涂的新技术可以改善这些缺陷，但是要使用静电喷涂需要先在塑料器件外层喷涂一层导电底漆，在塑料底材和喷枪之间形成有效的电压场，利于导电涂料均匀覆盖在塑料器件表面。石墨烯颜色浅，单层的石墨烯甚至呈透明，导电性高 1-2 个数量级，相对于炭黑是更理想的导电涂料。  （ 2） 防腐涂料。 全世界每年因腐蚀造成的经济损失约为 7,000-10,000 亿美元，在我国这一损失约为 8,000 亿元，防腐蚀对于减小损失有重大意义。石墨烯具有二维片层结构和高比表面积，层层叠加形成致密的物理隔绝层，作为添加剂加入到防腐涂料中可使防腐性能超过 现在的重防腐涂料，可应用于海洋工程、交通运输、大型工业设备等领域。除此之外，石墨烯还能赋予涂料韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高、化学性能稳定的特点，提升了涂料的综合性能。如图 11 所示。 2015 年 2 月，中国第六元素展示了镀锌石墨烯防腐蚀底漆，目标用于海上风力发电塔，价格与富锌环氧底漆也具有竞争性。  图表 11. 防腐涂料中石墨烯含量对涂料性质的影响  石墨烯含量（ %）  0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 黏度（ Pa s）  1.35 1.43 1.96 2.41 2.97 3.92 60 光泽  58.7 49.2 31.4 24.7 17.1 8.5 表面电阻率（ ）  >1012 1012 1010 108 107 106 耐磨性（ 750g， 500r） /mg 37.4 23.6 29.3 35.5 41.6 46.4 附着力 /MPa 5.1 5.7 6.3 6.9 5.1 4.4 柔韧性 /mm 2 1 1 1 1 1 耐冲击性 /cm 45 50 50 50 50 50 耐水性（ 168h）  不脱落、不起泡、不生锈  耐盐水性 /h 3288 3480 3720 3864 3168 2568 耐盐雾性 /h 2870 2980 3500 4800 3470 2680 资料来源：石墨烯导电海洋重防腐蚀涂料的研制上海涂料，中银证券   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  11 导电油墨。 导电油墨是由导电填料、连结料、溶剂和助剂组成的导电性复合材料，石墨烯用于导电油墨主要是作为导电填料。石墨烯与其他纳米金属导电油墨相比，具有成本上的优势，而和传统碳系导电油墨相比，不仅导电性能大幅度提高，还能与喷墨打印方式兼容。导电油墨可以打印电子器件和储能器件。可以喷墨打印出的电子器件包括各类传感器，导电图案和线路，电极，场效应晶体管，薄膜晶体管等； 可打印的储能器件以超级电容器居多，因为石墨烯电导率高、比表面积大，打印的超级电容器比电容也高。  2015 年 10 月，剑桥大学 Novalia 协作的石墨烯油墨印刷技术，第一次实现了高速以及大规模的商业印刷， 在国内，首条石墨烯导电油墨生产线在青岛高新区石墨烯科技创新园落成，且以投入使用。  图表 12. 石墨烯导电油墨  资料来源：中银证券  过滤材料。 除了涂料和导电油墨，石墨烯复合材料的应用还有过滤材料，虽然不如前两者的发展程度高，但仍然具有极大的应用前景。石墨烯最典型的一个特征是疏水性，这对于过滤作用非常重要 。具有微型穿透孔的石墨烯片可以过滤水，但是能阻挡污染物的通过，加上石墨烯密度小的特征，可以将其制备成一个质轻、高效以及无污染的过滤器。这种构想打开了将海水制备成饮用水的可能性。氧化石墨烯制备的薄膜不允许水之外的所有气体通过，可以将其做成更加精细的网，实现尺寸相似的不同种类的微粒子的超快分离，也就实现了高效过滤。   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  12 图表 13. 石墨烯在海水净化中的应用机理  资料来源： 百度文库 、中银证券  电子器件  石墨烯电子器件的覆盖面很广，例如柔性触控屏、传感器、散热材料、芯片等，并由此衍生出更多复杂的电子器件如 OLED、光电探测器等。在这之中，柔性触控屏的发展最为成熟，成为了石墨烯率先进入产业化的几大应用之一。  图表 14. 石墨烯在电子器件中的应用  资料来源：中银证券  柔性触控屏。 传统手机触摸屏的工作层材料主要为陶瓷材料氧化铟锡（ ITO），不仅资源有限、价格过高，而且易碎，石墨烯是 ITO 理想的替代材料，而且由于具有良好的柔性，石墨烯还可以用于制备柔性显示屏，以石墨稀材料制作的柔性触摸屏可让不规则或弧形的移动设备实现先进的多点触控功能。目前，全球已有多家公司进军石墨烯触控屏领域： 2013 年，美国辉锐科技公司率先进军 大面积石墨烯柔性触控屏市场； 2014 年，韩国三星和成均馆大学将石墨烯成功应用于触摸显示屏，制造出多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏，可广泛应用于移动设备。  中国在这个领域的发展相当迅速，常州二维碳素科技公司已经突破了石墨烯薄膜应用于中小尺寸手机的触摸工艺，实现了石墨烯薄膜材料和现有 ITO 模组工艺线的对接，如今其 自主研发的石墨烯透明导电薄膜已经规模化应用于触控技术领域。   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  13 图表 15. 中科院重庆研究院专家展示 可以随意卷曲 的 7 英寸石墨烯触摸屏  图表 16. 重庆墨希制备的石墨烯柔性屏手机在高交会亮相  资料来源： 华龙网 、中银证券   资料来源： 凤凰 网 、中银证券  传感器 。 石墨烯用于传感器的机理主要是基于设备和被检测物质的分子相互作用时电荷输运的改变引起的电导率的变化，部分石墨烯传感器使用的是含有石墨烯通道的场效应晶体管（ FET），当被检测到目标物质时，电流通过晶体管并发生变化，产生可用来识别的信号。  石墨烯在生物传感器和诊断中的应用尤为广泛，用于生物传感器可以用来探测一葡萄糖、谷氨酸盐、胆固醇、血红蛋白等等。石墨烯的高比表面积、独特的光学性质、优秀的光学性质、良好的导电性和导热性、高载流子迁移率等 特性都有利于它在传感器中的应用。石墨烯的高比表面积能增加其对检测的生物分子的负荷，优异的导电性和小带隙便于生物分子和电极表面之间的电子传导。石墨烯传感器更小更轻，能探测更微小的物质，运行速度更快，比起传统的传感器还有价格优势。  图表 17. 石墨烯在传感器中的应用机理  资料来源： 百度文库 、中银证券   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  14 2014 年 8 月，美国 Graphene Frontier 宣布增加 160 万美元用于石墨烯功能化场效应晶体管（ GFET）传感器的研制，该产品是高灵敏化学和生物石墨烯传感器，能够被用于诊断疾病，其灵敏度和效率是传 统传感器所无法比拟的。  图表 18. GFET 传感器示意图  资料来源： 百度文库 、中银证券  芯片。 过去的几十年间，硅是芯片制造的首选材料，但是由于其特性的局限，芯片技术的提升空间越来越小。石墨烯的特殊性质可以使光的速率降低，产生密集的光束，这种现象叫做“光爆”，在光爆的过程中，当石墨烯中电子运动的速度快于光而受到限制时，就会释放出“等离子体激元”。这一特殊性质使得石墨烯成为制备超薄计算机设备的光基电路的理想制造材料。除此之外，石墨烯的传导性极强，能够快速传输数据，提升芯片速率，改善了硅芯片在传输大数据流 时堵塞的状况，而且石墨烯地载流子迁移率从在室温下是硅的 10 倍以上，加上良好的导热性，理论上能搞将芯片的主频提高到300GHz，硅芯片目前的最高频率为 8.4GHz。  散 热材料 。 传统散热器以金属铜或者铝为主要散热材料，但是金属材料具有难加工、耗费能源、密度过大、导电、易变性、难回收等众多缺陷，石墨散热膜渐渐取代了金属散热器占领了电子器件散热市场， Sony/Dell/Samsung 笔记本、中兴手机等都已经大规模运用石墨烯散热膜。石墨烯比石墨的散热性能更加突出，作为散热薄膜的功能也更加强劲。  储能 领域  石墨烯 在储 能 领域的两大应用分别是超级电容器和锂离子电池，但目前尚未形成产业化突破。   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  15 图表 19. 石墨烯在 储能 领域的应用  资料来源：中银证券  超级电容器 。 石墨烯的平面片状结构有利于电解液的浸润和离子的吸附 /解吸，从而能提高电容器的储能密度和功率特性，石墨烯片层搭接形成的稳定介孔结构还能增大电容器的有效双电层面积，再加上良好的导热性，提高了电容器的散热性能。  2011 年 10 月，美国 Nanotek Instrument 公司新研制的石墨烯基超级电容器在室温下可以达到 85.6Wh/kg 的能量密度，相当于镍氢电池的储能密 度，但是能在几分钟内放电完毕，有望取代电池； 2013 年 3 月，美国加州大学洛杉矶分校研究人员公布了一种新型超级电容器，能在几秒内给手机电池甚至是汽车电池充电，具有容量大、功率高、使用寿命长、经济环保等特点； 2015 年 10月，由我国自主研制的新一代大功率石墨烯超级电容在中国中车株洲电力机车有限公司问世，其功率提升三倍，电能运用效率更高，可运用时间更长，性能指标居于世界领先水平。  锂离子电池。 石墨烯独特的二维蜂窝状晶体结构使其具有高比表面积、高载流子迁移率、高导电性，在储锂方面具有优势，使锂离子在脱嵌的过程中可逆 性更强，降低循环比容量的损耗，显著提升了锂离子电池的库伦效率和循环比容量。  石墨烯在锂电池中最为可能的应用主要包括以下三方面：一是作为导电添加剂；二是电极复合材料，当前已经有诸如高性能磷酸铁锂 /石墨烯复合制剂材料和超级电容器用 的 活性炭 /石墨烯复合电极材料，经过两三年的研发可以进一步开发高容量的纳米硅 /石墨烯复合负极材料；三是最为集流体改性涂层，增强电池充放电性能 。但总体来说这些应用都需 考虑性价比。  2014 年底特斯拉推出的升级版 Poadster3.0，锂电池性能大幅改进，市场推测其采用了石墨烯技术； 2016 年 7 月 ， 东旭光电的子公司上海碳源汇谷推出石墨烯基锂离子电池，并命名为“烯王”，该产品容量达到 4800mAh，电池循环寿命高达 3,500 次左右，充电效率是普通充电产品的 24 倍。   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  16 图表 20. 中车开发的石墨烯 /活性炭复合电极超级电容器   图表 21. 东旭光电开发的石墨烯基锂电池  资料来源： 新浪网 、中银证券   资料来源： 新浪网 、 中银证券   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  17 专利大国， 我国走在产业 战略布局 前列  专利申请 集中于制备技术、复合材料和储能  我国石墨烯材料相关的专利申请涉及的方面较多，专利研究方向主要集中于石墨烯的制备以 及应用研究，制备技术的专利申请较为集中，应用研究中以复合材料和储能为最多，其次是功能材料与传感器。  图表 22. 至 2015 中国石墨烯专利集中方向  资料来源： 2015 石墨烯技术专利分析报告、中银证券  政策频出 ， 获得各方面 大力 支 持  2015 年 5 月 8 日，国务院印发中国制造 2025，内容中指出对石墨烯产业发展的扶持力度加大。前期，从总体上说国际对石墨烯产业的支持主要集中于基础研究，现阶段则转移到了石墨烯产业链的中游，以石墨烯功能器件研发为主。中国制造 2025是我国迈向制造强国的路线图，而石墨烯则被明 确指出是需要重点发展的新型材料，对石墨烯产业的发展无疑是极大的支持。  工信部 9 月发布中国制造 2025 重点领域技术路线图，包括 10 大重点领域，23 个重点方向，每个方向又分了若干重点产品。其中，前沿新材料中的石墨烯方向，指出的重点产品包括锂电池电极材料、防腐涂料、柔性电子用石墨烯薄膜、光电领域用热界面等。   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  18 图表 23. 中国制造 2025 重点领域技术路线图 对石墨烯产业发展目标的路线  时间段  到 2020 到 2025 目标  规模制备及电化学储能，印刷电子，航空航天用轻质高强复合材料，海洋工程防腐等应用领域 的技术水平达到国际领先，大幅提升相关产品性能，形成百亿元产业规模  高质量石墨烯粉体年产达万吨级以上，薄膜年产达上亿平方米，实现 8 英寸石墨烯芯片批量生产，突破石墨烯在电子信息领域应用的技术瓶颈，整体产业规模突破千亿  电动汽车锂电池用石墨烯基电极材料产业规模达万吨级  海洋工程等用石墨烯基防腐涂料产业规模达十万吨级  柔性电子用石墨烯薄膜产业规模达上亿平方米  重点产品  电动汽车锂电池用石墨烯基电极材料  较现有材料充电时间缩短 1 倍以上，续航里程提高 1 倍以上  石墨烯基电极材料电动汽车用动力锂电池等领域上得 到规模化应用  海洋工程等用石墨烯基防腐蚀涂料  较传统的防腐涂料寿命增 1 倍以上  石墨烯基防腐剂涂料实现产业化并在海洋工程等领域得到规模化应用  柔性电子用石墨烯薄膜  性价比超过 ITO，且具有优异柔性  石墨烯薄膜实现产业化并在柔性电子等领域得到规模化应用  光电领域用石墨烯基高性能热界面  石墨烯基散热材料较现有产品性能提高 2 倍以上  石墨烯基高性能热界面材料在光电领域得到应用  关键技术和设备  石墨烯的规模制备技术，石墨烯粉体的分散技术，石墨烯基电子材料的复合技术  石墨烯基电极材料在动力电池等领域规模化应用  资料来源：工信部、中银证券  2012 年开始，中央和地方政府对石墨烯产业的扶持力度加大，业内也开始组织产业联盟，加强国内、国际的产业合作，形成了以重点产业示范基地为着力点，大力促进产业发展的外部环境。   2016 年 8 月 1 日  新三板石墨烯专题报告  19 图表 24. 国家、地方以及产业联盟组织对石墨烯产业的推动  年份  政策 /产业组织  与石墨烯相关的 内容  2012 工信部：新材料产业 “ 十二五 ” 发展规划  提出我国新材料产业建设的目标，积极开发纳米粉体、石墨烯等新材料  科技部：纳米研究国家重大科学研究计划 “ 十二五 ” 专项规划  继续贯彻落实国家中长期科学和技术发展规划纲要（ 2006-2020 年），在纳米材料领域将取得突破  2013 中国石墨烯产业技术创新战略联盟  在无锡、青岛、深圳和宁波布局了 4 个石墨烯产业创新基地；  推动成立江苏省、山东省等省级石墨烯产业技术创新战略联盟；  成立中国石墨烯标准化委员会；  启动中国石墨烯研究及检测公共服务平台  2014 中国石墨烯产业技术创新战略联盟  召开 “ 2014 中国国际石墨烯创新大会 ” ，发布宁波宣言，倡议发起成立国际石墨烯联盟；成立中国石墨烯产业投融资联盟，促使 中国石墨烯产业从技术概念期向产品导入期过渡，真正启动石墨烯的产业化  发改委、工信部等：关键材料升级换代工程实施方案  到 2016 年推动包括石墨烯在内的 20 种重点新材料实现批量稳定生产和规模应用  2015 工信部：关于印发  2015 年原材料工业转型发展工作要点的通知  制定石墨烯等专项行动计划，统筹部署研发、产业化、推广应用等创新环节，探索解决新材料创新发展中存在的重复和分散问题；  发挥有关产业联盟作用，调动产业创新力量，组建碳纤维、石墨烯、稀土等新材料产业联合创新中心  国务院中国制造 2025  石墨烯产业 “ 2020年形成百亿产业规模， 2025年整体产业规模突破千亿 ”  发改委、工信部等：关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见  到 2018年石墨烯材料制备、应用开发、终端应用等关键环节良性互动的产业体系基本建成，到 2020年形成完善的石墨烯产业体系  年份  地区  地方政策  2011 常州  常州斥资 5,000 万建立江南石墨烯研究院；  苏州  苏州工业园对于纳米材料和碳材料企业给予了多种形式的政策支持和资金支持  2012 北京  北京市政府提出了对石墨烯的 6 项产业扶持政策  2013 无锡  国内首个石墨烯创新发展示范基地 无锡石墨烯产业发展示范区落地运营；  发布国内首部地方石墨烯产业发展规划无锡石墨烯产业发展规划纲要；  重点建设 “ 一区二中心 ” ，形成以无锡石墨烯产业发展示范区为核心的 “ 核心区 支撑区 ” 的空间格局与产业分工体系  2014 宁波  发布宁波市石墨烯技术创新与产业中长期发展规划（ 2014-2023），目标在 10 年内将石墨烯产业打造成为具有千亿元级产值规模的优势与特色产业  2015 青岛  高新区获科技部批准成为首批国家科技服务业试点，新增石墨烯国家产业基地，至此“ 1+5” 主导 产业全部获批国家级称号，进入国家产业规划布局。  2016 黑龙江  出台 石墨烯 产业三年专项行动计划 (20162018 年 )， 计划 在两年时间里，培育和支持 10家具有一定规模的石墨烯高新技术企业，组建黑龙江省石墨烯协同创新中心，建立石墨烯产品首批次应用示范风险补偿机制  资料来源：中银证券  以点带面，产业集群日益壮大  近年来，不少 国际知名 大 企业，如 IBM、 三星、 东芝 、 诺基亚等在 石墨烯 产业链下游不断 进行 尝试并有所突破，使得石墨烯散热薄膜、触摸屏、生物传感器问世并具备产业化倾向。  在我国，石墨烯相关的企业 多为小型创业企业，因此中国的石墨