2015年产业关键共性技术研发项目实施方案项目名称：绿色无污染石墨烯粉体生产技术改进及石墨烯导电油墨、防腐涂料产品产业化推广 一、基本情况项目承担单位基本条件，主要包括项目单位简介，注册资本、总资产、总负债、年总收入、销售净利润率、净利润、上缴税金、产品市场占有率、用户需求、主要业务与产品、以及技术力量、技术团队、研究开发水平、获得技术成果、财务管理状况和其他应具备的条件。（5） 产品市场占有率及用户需求项目产品包括：A、功能化石墨烯及石墨烯系列复合材料产品; B、高比表面积石墨烯系列材料;C、石墨烯导电油墨;D、石墨烯防腐涂料。 A、功能化石墨烯及石墨烯复合材料产品：该系列又可分为两大部分：试剂级产品和工业级产品。试剂级产品：粉体和溶液两种形态特点： 高技术、高利润、低销量、高回报。试剂级产品：主要客户是各大专院校和科研院所。依据具体功能的差异，现阶段其售价约16万元/公斤。目前，纳米已经拥有十余种试剂级石墨烯/类石墨烯产品，其中，纳米的氧化石墨烯溶液已经提供全国高校科研70%的用量，开发的类石墨烯产品是中国唯一可以市场化的产品。工业级产品：石墨烯/氧化石墨烯粉体（六种），性能指标要求氧化度、大小、导电性可控；功能化石墨烯产品，控制产品纯度、导电性、分散度、可溶性、相容性；拥有自主专利的石墨烯复合材料。B、高比表面积石墨烯系列材料高比表面积材料主要用于高端产品开发，终端产品对应于超级电容器活性电极、催化剂载体、高效吸附剂材料。C、石墨烯导电油墨以石墨烯为导电填料可以很大程度上提高碳系导电油墨的导电性，开发碳系导电油墨更广泛的应用，而且以少量石墨烯代替银粉做导电填料既可以保证油墨的良好导电性又可以减少银粉消耗，降低成本。石墨烯导电油墨主要包括两大类产品：石墨烯导电碳油墨以及石墨烯导电银油墨。石墨烯导电碳油墨产品最终实现具备低导电剂含量以及高导电性的导电碳油墨，在性能上优于传统导电碳油墨，接近导电银油墨，但价格远低于导电银油墨，主要市场对应于常规导电碳油墨性能无法满足的高端薄膜开关、高端电子封装器件、导电线路。石墨烯导电银油墨产品最终解决传统银油墨存在的易硫化、氧化问题，简化生产工艺，以高性能石墨烯复合材料替代金属填料，降低成本，解决银油墨性能与成本之间的矛盾。主要市场对应于对导电性以及膜层厚度、分辨率要求较高的射频识别、智能包装、柔性电子器件以及功能电子器件、传感器领域。D、石墨烯防腐涂料石墨烯防腐涂料产品包括防腐涂料用石墨烯复合颜填料、石墨烯复合纳米助剂、石墨烯高分子复合材料。这些产品均为开发功能化石墨烯防腐涂料包括耐高温防腐涂料、耐摩防腐涂料、抗静电防腐涂料、吸波防腐涂料做材料支撑。主要要求材料具备多种功能，同时能够满足与目标树脂体系或目标体系相容性要求。石墨烯防腐涂料产品还包括防锈转化剂、钝化膜涂层等，与防腐涂料产品结合，开发新型带锈涂刷防腐涂料以及高附着力防腐涂料。产品要求能够具备两方面功能，一方面与基底具有很强的结合力，另一方面易于后期涂料涂刷及附着，赋予涂料持久超强的防腐性能。（6）研究开发水平公司拥有对外开放的碳纳米材料研发中心，研发中心面积2200平方米，总投入资金已超过2200万，研发出10余种具有世界先进水平的新型石墨烯纳米材料，申请发明专利40余项,现已授权发明专利2项,实用新型1项。中心配备多种仪器设备如拉曼光谱分析仪、X射线衍射仪、孔径比表面测定仪、管式反应炉等。目前公司已经突破石墨烯材料的生产、改性和应用等核心技术，开发出10余种新型石墨烯纳米材料，实现了具有国际先进水平的石墨烯产业化，建立了一整套企业产品标准（尚无国家标准）和系统分析方法。公司以石墨烯、碳纳米管和其他纳（微）米材料为平台，以自主知识产权的技术为基础，推动纳米材料和技术在新材料、导电油墨、超级电容器、功能性涂料等方面得到进一步应用。同时，公司全力推动和企业之间的横向合作，将（碳）纳米材料应用于能源、环境、新材料及航空航天领域。（6） 获得技术成果:已转化科技成果： A、石墨烯粉末/分散液石墨烯粉末采用自主知识产权方法制备，比表面积范围在200-1000 m2/g，该产品技术水平达到国际领先水平。自主设计绿色无污染项目正在进行技术优化阶段，通过本项目支持可望加速实现彻底无污染生产。石墨烯分散液采用改进的Hummers法制备，浓度范围在0.055 mg/mL。 B、氧化石墨烯水处理材料：用于环境重金属处理的氧化石墨烯材料是世界首创新型碳纳米材料。该材料对低浓度重金属离子的去除能力可达到ppb级。C、石墨烯银纳米线：产品在乙醇或水中进行分散，长径比在105000之间。D、石墨烯防腐、防污涂料：产品具有优良的防污防腐性能，在生产和施工过程中有效降低VOC(挥发性有机化合物)排放，节约资源、保护人类健康，改善环境污染。正在转化科技成果：A、石墨烯导电油墨：该产品具有柔韧、光学透明性好以及强导电性等特点。其主要优势体现在性能、成本和环保三个方面。性能方面，我公司生产的石墨烯可以实现多种参数的控制，开发的石墨烯导电油墨方阻可低至10 ；开发的石墨烯/银导电油墨产品，含银量较现有纯银导电油墨降低5%10%，方阻低至13 m。B、石墨烯锂离子电池：采用机械、化学方法构建石墨烯/电池材料结构，开发石墨烯复合高功率电极材料的制备技术。产品具有原创新性、首创性和前瞻性，实现添加石墨烯后电池容量增加2540%，充电时间大幅缩短的初步工艺。待转化科技成果： A、石墨烯水性纳米涂料：研发石墨烯在水系溶剂中的稳定分散技术与工艺以及分散剂；研制出多功能的水性石墨烯涂料助剂；研发石墨烯与其它无机填料的优化匹配与预处理工艺；研发石墨烯水性无机涂料的低成本规模化生产技术。预期目标：开发出若干种绿色环保的石墨烯水性无机涂料，耐酸性、耐碱性和耐盐雾水平均较现有产品提升30%以上，附着力为0级，硬度、耐冲击性、附着性达到国家标准。建立相关产品的行业与企业标准，申请发明专利5项以上。B、石墨烯重防腐涂料：研发石墨烯在现有重防腐涂料中的稳定分散技术；优化石墨烯防腐涂料的配方与生产工艺；研发针对石墨烯防腐涂料的施工工艺。预期目标：开发出性能优于现有产品的石墨烯重防腐涂料产品。在石墨烯添加量小于3%的条件下，涂料的耐盐水、耐盐雾以及耐汽油的标准较现有产品提升30%以上，表面电阻率低于0.2 M，附着力、冲击强度和柔韧性符合国家标准。建立相关产品的行业与企业标准，申请发明专利5项以上。C、石墨烯超级电容器：研发用于超级电容器的活性石墨烯的低成本、规模化制备技术；研发针对石墨烯的超级电容器制作工艺与电解液匹配；研发石墨烯涂层铝箔在超级电容器中的应用技术；研制各型号石墨烯超级电容器，进行模拟实际工况下的全面性能测试。预期目标：发展活性石墨烯的规模化制备技术，实现中试规模生产；研制出高电压（3V以上）的石墨烯超级电容器，能量密度较现有商业化超级电容器产品提升50%以上。二、项目情况（一）项目技术发展趋势以及国内外发展情况对比1、石墨烯产业发展现状作为新材料中最为耀眼的一员, 石墨烯具有超硬、最薄的特征、有很强的韧性、导电性以及导热性，这使其能够广泛应用于电子、航天、光学、能源、环境新材料等众多领域。当前，世界多国政府和企业已将石墨烯生产及其应用技术列为重要战略产业发展方向，给予大力支持。2009年,德国由科学基金会（DFG）开展石墨烯新兴前沿研究项目。2011年,英国政府把石墨烯作为国家今后四个重点发展方向之一，投入5000万英镑支持石墨烯研发和商业化应用研究。2009年欧盟宣布将石墨烯列入“未来新兴旗舰技术项目”，将在今后10 年研发资助10亿欧元，将石墨烯发展提升至战略高度。中国石墨烯产业发展与世界同步，自2010年起，南京、上海、常州等地纷纷成立石墨烯研发中心。2009年7月，中国石墨烯产业技术创新战略联盟成立。同年12月，省石墨烯战略联盟成立。随着石墨烯的规模化生产，国内形成以、宁波、常州为核心的石墨烯产业化生产集群。2、石墨烯应用与产业发展前景未来5-10年内，石墨烯相关产品涉及：电子领域的高性能芯片、柔性显示屏，浆料领域的石墨烯导电油墨及防腐、防污涂料，能源领域的高性能电池、超级电容器、太阳能电池及风力发电机叶片，环境领域的污水处理、海水淡化及大气污染治理，高性能材料的高强度橡胶和塑料，医药领域的药物输送和临床检测等。预计到2018年，石墨烯欧美市场容量比2009年增加7-10倍，年均增速高达50以上，具体市场包括（1）复合材料市场。欧美市场需求将从2011年的1900亿美元到2017年2900亿美元；预计石墨烯将至少取代其中的5%市场份额，达到150亿美元。（2）油漆和涂料市场。2018年，美国市场需求将达2260亿美元，占美国GDP的3.1%；若石墨烯取代5%市场份额，将有120亿美元的市场需求。（3）可印刷电子器件市场。美国2020年市场需求将达2000亿美元，石墨烯有望占据12-20%的市场份额。以此推算，石墨烯的市场容量达400亿美元。（4）芯片领域应用市场。作为硅的替代品，石墨烯可替代硅应用在芯片领域。石墨烯如果替代十分之一的晶硅制成高端集成电路，市场容量至少在800亿美元以上。（5）显示器件领域应用。石墨烯可以作为导电材料制成显示器件，2011年全球ITO导电玻璃的需求量在8500万9500万片，石墨烯的替代空间巨大。本项目目标产品包括石墨烯材料及其下游应用产品。涉及功能化石墨烯及石墨烯复合材料系列产品、石墨烯导电油墨及石墨烯防腐涂料的产业化。以石墨烯原材料制备为产业链的基础，对开发下游产品有着根本性的作用。可不断促进石墨烯产业链的发展，对石墨烯的产业化发展起着承上启下的作用，可为相关企业带来技术进步和经济效益，从根本上促进相关产业链的进一步发展。下图表明项目发展过程中，石墨烯材料及其产业链的发展,红框内为项目的目标，上下为其带动的产业链发展。3、国内外现状及技术发展趋势石墨烯的基本性质、市场及生产技术和碳纳米管相比，石墨烯显示了更强的可操作性能、更易于生产和处理。因此石墨烯相对低成本、大规模生产比碳纳米管材料更具优势。许多碳纳米管现有的和潜在的应用都可能被石墨烯所取代。目前，对应以上商业化应用的石墨烯合成方法主要是化学气相沉积法(CVD)、和化学氧化剥离还原法和液相剥离法。CVD可生产高品质、大面积单层或多层石墨烯，可满足电子工业对大尺寸、高质量、可控高电导率和光学透明性的要求，但不能用于复合材料领域。用作复合材料的主要是通过石墨为原料的剥离法生产石墨烯材料。石墨剥离制备石墨烯的方法主要包括（1）机械剥离，（2）液相剥离，（3）化学氧化剥离。当前，化学氧化剥离、然后还原氧化石墨烯（GO）是最早实现产业化的方法。目前市场上的石墨烯/氧化石墨烯材料大部分采用这种方法，可以吨级生产的技术都源自这种技术。由于它具有大规模生产的可能性，适用范围广，从2011年开始，基于这项技术的石墨烯生产能力大幅增加。美国的XG，Angstron Materials等都逐年稳步增加了生产能力。目前，对应予不同的需求，相关石墨烯企业都加大了对特殊石墨烯材料的生产技术的研发和生产，纳米即是其中之一。高比表面积石墨烯系列产品生产及市场高比表面积石墨烯系列材料的开发主要针对超级电容器活性电极、催化剂载体、高效吸附剂领域。对于超级电容器领域，提高产品的能量密度与功率密度是目前电容器产业发展的迫切要求。单纯的碳纳米管比表面积相对较小,经复合后比表面积增加,但同时增加了空隙率,阻碍了电解液对电极表面的浸润,比表面积使用率降低。金属氧化物多为晶体,不利于电解液的渗透,电极材料与电解液的接触机会少,导电性差;对多数导电聚合物来说，其n-型的掺杂态往往不稳定,自身的膨胀与收缩可能导致循环过程中自