石墨烯是由碳原子組成的只有一層原子層厚度的二維晶體，作為唯一的二維碳材料，結構的特殊性也讓其在性能上呈現出其它碳材料所不具備的優勢——強度高、韌性強、透光率高、重量輕、導電性佳、導熱性優。
制造之難
在中科院上海微系統所(下稱“中微所”)研究員丁古巧看來，獨特的結構帶來的優異性能從某種程度而言也成為石墨烯材料普及的制約因素。“從材料結構而言，單個碳原子層組成的二維材料，沒辦法單獨使用，而石墨烯自身化學鍵飽和，又很難和其他材料復合。”丁古巧向記著介紹道。
丁古巧所在的課題組從2009年就開始進行石墨烯材料的基礎科學研究，不斷追求更環保、更高質量、規模化的石墨烯材料制備技術，在從通常使用的強氧化技術，逐漸發展到少使用或不使用強酸強氧化劑的機械剪切剝離技術。
這種剝離工藝和英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫最初從石墨材料中分離出石墨烯的方法如出一轍，即利用每個原子層之間相對微弱的結合力，用透明膠帶粘住石墨片層的兩面，反復粘貼撕開，直到獲得只有一層原子厚度的石墨烯。
看似簡單的提取方式雖然可以獲得高品質的石墨烯，但石墨烯的大小只能靠運氣且很難實現量產，因為1毫米厚的石墨薄片就能剝離出300萬層石墨烯。除此之外還有氧化還原法、化學氣相沉積法、超聲剝離法等。
“多數化學方法制備的石墨烯，并不是純石墨烯，其實質為多層的石墨堆積，產品質量無法得到保障;化學氣相沉積制備石墨烯薄膜成本高，成品率低，難以進行批量化生產。”弗若斯特沙利文全球合伙人兼大中華區總裁王昕博士告訴記者。
目前的石墨烯主要有兩種形態，一種是石墨烯薄膜，一種是類似炭黑的石墨烯粉體，兩者的應用方向也不盡相同。薄膜形態的石墨烯已經可以大規模生產，包括重慶墨希科技有限公司、常州二維碳素、無錫格非等公司。
但石墨烯粉體則是爭議最為集中的領域。一些公司和機構將單層和多層混為一談，將厚度遠遠超過10個原子層的石墨烯微片或石墨烯納米片也稱為石墨烯。“目前國內很多公司號稱可以做100噸、 500噸甚至上千噸，夸大成分比較大，且大部分并不是真正的石墨烯，非專業人士很難分辨清楚。”丁古巧說道。
科研和產業未有效銜接
目前我國的石墨烯生產企業已經超過百家，尤其在常州、青島、重慶、無錫、深圳等地形成了產業集群。但與海外三星、IBM、諾基亞、英特爾、陶氏化學等大公司推動產業化應用不同，中國的石墨烯生產多集中于中小型公司，大型企業較少參與。
但推至科研角度而言，中國在石墨烯研究處于世界領先位置。根據中華人民共和國知識產權局、Wind數據庫資料，2015年中國專利申請數量達7925個，居全球第一。而從專利布局來看，企業和學校總占比達80%以上，公司占比低于學校，產業化進程提速有限。
而在王昕的觀察看來，“我國雖然科研人員和成果數量大，但高精尖的原始科研成果還較少，大多采用跟蹤研究的方法，重大創新還比較少，研究成果還主要集中在基礎研究領域，高端應用技術還相對薄弱。”
空有產能 銷量低迷
更為值得關注的是，應用技術突破難導致產業鏈下游尚未形成，很多宣稱能夠生產上百噸石墨烯的公司，空有產能，卻很難賣出產品。
目前，國內能夠規模化量產的石墨烯公司只有少數幾家。記者查詢了各家官網公開資料，如常州第六元素材料科技股份有限公司2013年11月，一條年產100噸氧化石墨(烯)的自動化生產線宣布投產，并預計2016年可年產1000噸粉體石墨烯，銷售收入超過6億元。
但根據2016年年中業績報告，2016年上半年凈利潤為-1367.27萬元，比去年同期下降38.83%。石墨烯粉體收入增加約122.71萬元，觸摸傳感器收入增加了322.77萬元，雖然產品下游市場應用逐步打開，但銷售遠不及預期。而常州二維碳素材料有凈利潤-521.4萬元，青島華高墨烯明細利潤-283.8萬元。
空有產能，投入大量資金于設備、人員，卻很難賣出產品，成為我國石墨烯生產的尷尬現狀，由于下游需求未起，大部分石墨烯企業目前仍無法找到穩定的商業模式和盈利模式。
在石墨烯行業專家看來，雖然從2015年開始下游廠商對于石墨烯的應用積極性大幅提升，但目前市場上大部分下游企業家對于石墨烯還停留在概念上，并不清楚怎么使用。
“不少企業購進石墨烯材料等相關產品后，不針對產品特性進行加工工藝的改變。在這種情況下，石墨烯材料即使品質再高，也難以發揮其優越性，造成‘材料好、用不好’的現象屢屢出現。”王昕表示。
此外，從新材料到新產品轉變的周期較長，下游企業必須確保添加石墨烯材料的產品具有穩定性。拿電池生產企業舉例， 一批產品約需3個月出試驗結果，同款產品要做5～6批穩定性試驗才能確定其穩定性，決定是否導入。
“石墨烯的成本過高、在鋰電池中工藝特性不兼容等問題，使得‘石墨烯電池’這個技術接近于不存在。”王昕直言。
此外，一些企業粗制濫造生產的東西沒有人要，到處忽悠，使得市場對石墨烯的認知模糊，而當不成熟的產品盲目投放到市場，會帶有很大潛在風險，同樣是以電池生產為例，使用安全性究竟如何仍需要不斷測試。
產業化路徑
在石墨烯產業化方面，國外大公司的推動力量尤為明顯。以韓國為例，由于石墨烯在三星的主營業務領域均有著重大的應用前景，因此對于石墨烯的研究應用極為重視，不僅成立了自己的研發中心，還和韓國成均館大學合作，積累了大批石墨烯相關的技術專利。
而在美國擁有IBM、英特爾、波音等大公司，有利的創業環境催生了眾多小型石墨烯企業，形成了較為完整的產業鏈，覆蓋從制備及應用研究到石墨烯產品生產，直至下游應用全環節，加速了石墨烯的產業化和應用進程，產業布局呈多元化。
在中國“企業+研發機構+孵化器+加速器”的發展模式尚在摸索起步階段，石墨烯產業化技術路線和產業化路線及產業發展的階段目標、重點任務、重大工程等仍需要進一步明確。
下游應用反饋到科研方面，下游應用商到底需要什么性能的產品，能夠接受的價格是怎樣，想要應用于哪些領域，科研機構才能更具針對性地進行研發。
“只有得到下游應用需求的支撐，石墨烯產業才能真正散發出生命力和可持續性。”王昕表示。
