科学家发现石墨烯罕见电子态 石墨烯产业化规划发展方向

• 黄江 2023年10月23日 来源：新浪 1033 65
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从石墨烯的发现获得了2010年诺贝尔奖，石墨烯便引发了国际科学界的广泛关注，在复合材料、电子器件、储能电池、航天、军工、生物医药等诸多领域都有广阔的使用空间。而我国对石墨烯领域发展的重视程度也上升到前所未有的高度，在技术和产业化规划发展方向上，达到了世界

石墨烯本质上只是一层超薄的普通石墨——薄到只有一个原子那么厚。但它具有超强超导性和柔韧性，有望彻底改变电子产品、服装、甚至航空航天工程等相当多领域。

科学家发现石墨烯罕见电子态

近期，麻省理工学院的物理学家在石墨烯中发现了另一个令人惊讶的特性：当以菱形图案堆叠成五层时，石墨烯呈现出非常罕见的“多铁性”状态，并表现出非常规磁性和奇特的电子行为。有鉴于此，该团队创造了“铁谷性”。

麻省理工学院的物理学家Long Ju说：“石墨烯是一种迷人的材料。你添加的每一层基本上都是一种新材料。现在这是我们第一次在五层石墨烯中看到铁谷性和非常规磁性。但我们在一层、两层、三层或四层中看不到这种特性。”

铁质材料在其电、磁或结构特性上表现出某种协调的行为——例如，像磁铁一样，它的电子都自旋并指向同一个方向，而不受外部磁场的引导。在其他材料中，电子可能会排列成微小的漩涡。要成为多铁性材料，同一材料必须表现出多种类型的协调行为。

重要的是，这创造了一个电子被减慢的环境，铁磁性排列开始发生。在最新研究中，科学家们通过对自然形成的五层石墨烯薄片的仔细分析，研究人员确实看到了多铁性行为。

首先，有一种非常规的磁性，电子协调它们的轨道运动(而不是像标准磁铁那样自旋或旋转)。其次，电子表现出倾向于在一个特定的电子“谷”(或低能态)中定居，而在标准石墨烯中，它们没有表现出任何偏好。

研究人员表示，这一发现最终可以有效地将芯片的数据存储容量提高一倍，帮助工程师为经典和量子计算机设计超低功耗、高容量的数据存储设备。最新研究成果已于近期发表在了《自然》杂志上。

从石墨烯的发现获得了2010年诺贝尔奖，石墨烯便引发了国际科学界的广泛关注，在复合材料、电子器件、储能电池、航天、军工、生物医药等诸多领域都有广阔的使用空间。而我国对石墨烯领域发展的重视程度也上升到前所未有的高度，在技术和产业化规划发展方向上，达到了世界一线水平。

2023石墨烯技术和产业化规划发展方向

近些年来石墨烯的发现，引起了电子通讯、锂离子电池、航天军工、生物医药、环保、太阳能、光电等新兴领域的广泛关注，这些新材料的发展，构成天然石墨产业现代化的重要内容，未来在高科技产业市场潜力巨大，随着下游应用领域的不断扩大，2021年全球天然石墨产量增幅明显，2021年全球天然石墨产量达122.30万吨，较2020年增加了16.93万吨，同比增长16.07%。

最初的石墨原材料开采，到深加工成锂离子电池负极材料，再到新能源材料——石墨烯，随着石墨资源产业精深加工及开发，石墨烯如今身价倍增。

全球石墨矿开采国主要有巴西、加拿大、中国、印度、马达加斯加、墨西哥、莫桑比克、挪威、俄罗斯、斯里兰卡、土耳其、乌克兰等，2021年天然石墨产量分布完成95.0千吨、7.7千吨、820.0千吨、40.2千吨、88.1千吨、1.7千吨、72.0千吨、6.3千吨、15.2千吨、4.3千吨、15.2千吨、3.2千吨。

2021年中国天然石墨产量全球排名第一，占全国天然石墨总产量的67.05%;巴西天然石墨总产量的7.77%;马达加斯加天然石墨总产量的7.20%;莫桑比克天然石墨总产量的5.89%;印度天然石墨总产量的3.29%;俄罗斯天然石墨总产量的1.25%;土耳其天然石墨总产量的1.24%。

石墨烯，是导热、导电性最强的新型纳米材料，近几年随着国际矿业进入调整期，曾经以煤炭作为经济支柱的黑龙江遭遇到了产能过剩的“阵痛”，而随着以石墨、石墨烯为主的高新技术企业的进驻，再加上自身石墨资源的优势，石墨产业或将成为我省经济转型的新动力。

前全球石墨烯研发集中在两个领域，一种是作为战略性产业的薄膜石墨烯，是将来做微电子不可或缺的高端产品，但是目前薄膜石墨烯技术成熟度不高，还很难形成产业化。另一种就是石墨烯导电浆料，市场前景异常广阔。根据测算，到2020年，以500万辆电动汽车为参考基数，仅石墨烯导电剂一项产业，市场将达到200亿左右。

袁国辉乐观地表示，目前国内石墨烯产业市场日趋成熟，随着市场需求不断扩大，原有每年生产1000吨的生产线，已经不能满足需求，为此哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司已经开始建设一条年生产10000吨的生产线。

根据中研普华研究院《2023-2028年国内石墨制品行业发展趋势及发展策略研究报告》显示：

根据工信部2021年12月31日印发的《重点新材料首批次应用示范指导目录(2021年版)》，石墨烯散热材料、石墨烯导热复合材料等六类石墨烯材料被列入前沿新材料。

随着在石墨烯领域的基础研究突破不断涌现，全球已有80多个国家和地区布局石墨烯相关产业，密集出台了多个创新战略、产业规划、扶持政策等，并提供大量资金支持。特别是美国、欧盟、日本、韩国等均将石墨烯研究与应用提升至国家战略高度。

我国石墨烯材料在新能源、散热领域的应用逐步成熟，石墨烯散热材料行业迎来发展热潮。截至2021年8月中国石墨烯专利申请量占全球石墨烯专利总申请量的68%，是全球石墨烯第一大技术来源国。

据石墨烯产业技术创新战略联盟(CGIA)的统计数据，预计我国石墨烯产业规模从2015年的6亿元增长至2020年的135亿元，年均复合增长率达86.40%。

随着在石墨烯领域的基础研究突破不断涌现，全球已有 80 多个国家和地区布局石墨烯相关产业，密集出台了多个创新战略、产业规划、扶持政策等，并提供大量资金支持。特别是美国、欧盟、日本、韩国等均将石墨烯研究与应用提升至国家战略高度。

其中，美国拥有最为完善的石墨烯研究与应用链，其在石墨烯领域的基础研究及相关产业化布局由国家科学基金(NSF)、美国能源部(DOE)等政府机构主导，合计已投资数十亿美元，资助项目达上千项，重点支持石墨烯晶体管、储能、生物技术等领域;欧盟在石墨烯领域研究起步较早且更具系统性，其于 2013 年提出的投资 10 亿欧元的“石墨烯旗舰计划”为欧洲有史以来规模最大的研究计划，制定了详细的十年发展规划并持续至今;日本依托其扎实的传统碳材料产业基础，以包括日本东京大学、名古屋大学等在内的多所大学和日立、索尼、东芝等众多企业为主体，投入大量资金和人力，集中于石墨烯在新能源电池、半导体、复合材料等领域的应用和产业化;韩国的石墨烯产业通过产学密切结合，基础研究快速发展，以韩国三星集团和 LG 公司为代表，保证了韩国在石墨烯柔性显示、触摸屏等领域的国际领先地位。综上所述，世界主要高科技国家均希望在新一轮科技竞争中抢占石墨烯技术和产业发展的制高点。

石墨烯散热材料的上游主要为氧化石墨烯前驱体、保护膜、胶带等原材料供应商，下游目前以中高端智能手机、平板电脑等消费电子产品为主，未来在笔记本电脑、智能可穿戴设备、ICT设备、航空航天、医疗器械等应用领域的渗透率有望逐步提升，同时有望拓展至半导体封装、新能源汽车等其他热管理领域。

在相关部门、生产企业、科研院所、相关高校等通力合作下，我国石墨烯产业规模、企业数量均呈现跨越式增长，是目前石墨烯产业化发展最活跃的国家之一，专利数量和产业化全球领先，截至 2021年 8 月中国石墨烯专利申请量占全球石墨烯专利总申请量的 68%，是全球石墨烯第一大技术来源国。

目前，我国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，并在部分领域初步实现产业化应用，产业化进程居全球前列。我国石墨烯材料行业市场规模从 2017年的70亿元增长至 2022年的348亿元，年均复合增长率达38%以上。

《2023-2028年国内石墨制品行业发展趋势及发展策略研究报告》由中研普华研究院撰写，本报告对该行业的供需状况、发展现状、行业发展变化等进行了分析，重点分析了行业的发展现状、如何面对行业的发展挑战、行业的发展建议、行业竞争力，以及行业的投资分析和趋势预测等等。报告还综合了行业的整体发展动态，对行业在产品方面提供了参考建议和具体解决办法。

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