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石墨烯是一种平面单层紧密打包成一个二维蜂窝晶格的碳原子，并且是所有其他维度的石墨材料的基本构建
模块，其具有最薄、最大比表面积、最硬、最抗拉等诸多史上最强性质和高性能传感器功能、类似催化剂功能等
独特性质。目前主要有4种制备石墨烯的方法：微机械剥离法、气相沉积法、外延生长法、氧化石墨还原法
由于其独特的物理化学性质，石墨烯在多个领域具备应用价值。其在半导体、光伏、锂电池、航天、军工、
显示器等传统行业和新兴行业的应用都将带来革命性进步
2010年之后，全球关于石墨烯的基础科研工作开展得如火如荼。目前处在研究最前沿的国家为中国、韩国、
美国，主要机构为科研院所和企业。从研究领域分布看，国际上石墨烯研究热点主要在材料的导电性、导热性、
石墨烯的制备研究、纳米材料研究等
由于技术障碍等因素的存在，石墨烯真正实现产业化还有很长的路要走。但是，包括中国在内的多个政府组
织和科研机构仍在为实现石墨烯产业化应用持续投入，并在多领域加速布局
我国一些上市公司已开始涉足石墨烯领域。我们根据公告进行了梳理，相关公司包括金路集团、中国宝安、
烯碳新材、力合股份、中泰化学、华丽家族、乐通股份、悦达投资、康得新、方大碳素等
1、生产技术仍未突破；2、下游大规模应用尚需时日；3、石墨烯生产和应用成本仍然较高
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专题研究|化工
目录索引
一、 石墨烯定义、性质 ......... 4
(一) 石墨烯定义 ...... 4
(二) 石墨烯性质 ...... 5
二、 应用领域广泛 ..... 6
(一) 锂电池电极材料 .......... 6
(二) 超级电容器 ...... 8
(三) 电子显示器件 .. 9
(四) 半导体材料 .... 10
三、 制备原理及方法 ........... 12
(一) 微机械剥离法12
(二) 气相沉积法 .... 12
(三) 外延生长法 .... 13
(四) 氧化石墨还原法 ........ 13
四、 基础科研现状 ... 14
(一) 专利分布 ........ 14
(二) 研究机构分布15
(三) 研究领域分布16
(四) 最新研究成果17
五、 产业化前景展望 ........... 18
(一) 石墨烯产业化蓝图 .... 18
(二) 产业化障碍 .... 19
(三) 中国产业化现状 ........ 20
六、 上市公司石墨烯研发动态 ....... 21
七、 风险提示 ........... 23
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图表索引
图1：石墨烯的分类 .... 4
图2：锂电池负极材料占比 .... 6
图3：中国科学院制造单层石墨烯显示屏 .. 10
图4：韩国三星与成均馆大学制造的可折叠显示器 .......... 10
图5：全球液晶显示器出货量 .......... 10
图6：中国液晶显示器面板出货量 .. 10
图7：微机械剥离法 .. 12
图8：气相沉积法 ...... 13
图9：外延生长法 ...... 13
图10：氧化石墨还原法 ........ 14
图11：2000-2012年全球石墨烯专利申请量 .......... 14
图12：2013年来全球石墨烯有关专利申请量国别分布 ... 15
图13：2013年来全球石墨烯有关论文国别分布 ... 15
图14：2013年全球石墨烯主要研究机构的研究领域分布 ........... 17
图15：2013-2014年来石墨烯研究取得的最新成果 .......... 18
图16：欧盟提出的石墨烯开发蓝图19
表1：石墨烯的发展历程 ........ 4
表2：石墨烯的史上最强性能5
表3：石墨烯的独特性质 ........ 5
表4：超级电容器电极材料参数比较8
表5：四种石墨烯制备方法对比 ...... 12
表6：全球石墨烯专利申请数量排名 .......... 16
表7：2013年以来石墨烯专利申请领域 ..... 16
表8：我国各省市针对石墨烯的产业发展 .. 20
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一、石墨烯定义、性质
(一)石墨烯定义
“中国石墨烯产业技术创新战略联盟”发布的1号标准文件中，对石墨烯的定义如
下：石墨烯是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯、和少层石墨烯的统称
单层石墨烯是指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳
原子构成的一种二维碳材料
双层石墨烯是指由两层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式
（包括AB堆垛，AA堆垛，AA’堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料
少层石墨烯是指由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方
式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料
图1：石墨烯的分类
单层石墨烯 双层石墨烯 少层石墨烯
数据来源：广发证券发展研究中心
石墨烯发展历史。石墨烯作为当下最热门的新材料之一，其经历了如下的发展
历程：
表1：石墨烯的发展历程
时间 发展事件
1934年
朗道和佩尔斯指出了准二维晶体材料由于其自身的热力学不稳定，在
常温常压下会迅速分解
1947年 飞利浦花莱士开始研究石墨烯的电子结构
1956年 麦克雷推导出了相应的波函数方程
1960年 林纳斯鲍林曾经之一曾经质疑过石墨烯的导电性
1966年 大卫莫名和赫伯特瓦格纳提出表面欺负会破坏二维晶体的长程有序
1984年 谢米诺夫得出与波函数类似的狄拉克方程
1987年 穆拉斯首次使用Graphene来指定石墨烯
2004年 曼彻斯特大学Geim和Novoselov用微机械从石墨中分离出石墨烯
2010年 安德烈海姆和诺沃肖诺夫获得2010年度诺贝尔物理学奖
数据来源：广发证券发展研究中心
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(二)石墨烯性质
石墨烯的出现，有望在构造材料、电子器件功能性材料等诸多领域引发材料革
命。由于其具有许多特殊性质，有日本的研究人员惊呼石墨烯是“神仙创造”的材料
许多学者称石墨烯为“改变21世纪的材料”，并预测“21世纪将是碳（C）的时代”
相比于现有材料，石墨烯拥有众多“史上最强”性能
最薄的材料：单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，厚度大约为0.335nm，相当于
一个头发的20万分之一，1毫米厚的石墨中有将近150万层左右的石墨烯
最硬的材料：石墨是矿物质中最软的材料，其莫氏硬度只有1-2级。但是，如果
石墨被分离成一个碳原子厚度的石墨烯时，其性能则发生突变，硬度将比莫氏硬度
10级的金刚石还高
超大比表面积：理想的单层石墨烯的比表面积能够达到2630m2/g，普通的活性
炭的比表面积仅为1500m2/g。超大的比表面积使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料
强导电性：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度超过了在其他金属单体
或是半导体中的运动速度，能够达到光速的1/300，所以石墨烯拥有超强导电性
表2：石墨烯的史上最强性能
性能 备注
最薄的材料 厚度为0.335nm，相当于一个头发的20万分之一
最大比表面积 比表面积为2620m2/g
最硬的材料 刚度优于金刚石，是钢铁的100倍，杨氏模量与金刚石相当
最抗拉的材料 可弹性拉伸20%
热导率最高 3000-5000W/mK，与CNT相当
载流子迁移率最高
室温下为20万cm2/Vs，是硅的100倍，理论值为100万cm2/Vs
以上
电流密度耐性最大 2亿A/cm2，是铜的100倍
高透光率 透光率达到97.7%
数据来源：技术在线，广发证券发展研究中心
除此之外，石墨烯还有众多“独特”的特点：
表3：石墨烯的独特性质
性质 描述
高性能传感器功能 可检测出单个有机分子
类似催化剂功能 添加少量到树脂材料等，可强化电子输送功能
吸氢功能 在低温下具有此项功能
双极半导体 无需添加剂即可实现CMOS构造的半导体元件
常温下可实现无散射传输 Intel等公司正在研究此项性质
只需变形即可获得施加强磁场
的电子能量效果
能否应用于应变传感器
数据来源：技术在线，广发证券发展研究中心
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