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石墨烯制备设备行业经过数年的发展，在国内已经逐步成熟，已经具备了一定的市场规模，且随着越来越多的研究机构加入研究石墨烯的行列，石墨烯设备本身的快速更新换代及石墨烯生产企业对石墨烯制备设备需求出现，未来石墨烯制备设备行业空间可能出现成倍的增长，这给石墨烯设备行业内的企业带来巨大的市场机会。
石墨烯高端制造装备协同创新中心在江苏成立
近日，2017江苏石墨烯产业发展高峰论坛在常州市武进区举行。会上，9家代表共同签署了共建石墨烯高端制造装备协同创新中心合作协议。
据介绍，该中心由西安交通大学高端装备制造协同创新中心、江南石墨烯研究院、常州西太湖科技产业园管委会、常州大学、常州湖南大学机械装备研究院、常州瑞丰特科技有限公司、常州秦宁迈超电子科技有限公司、江苏南大紫金锂电智能装备有限公司、常州国成新材料科技有限公司共同建立。
今后将围绕高端石墨烯制造装备及应用领域相关技术和产品研发、科技成果转化与交流、行业重大活动组织和承办、科技企业引进与孵化加速、技术转让与服务、高端人才引进与培养等方面开展工作。为协同企业重大制造难题，协同高校、科研机构和企业共同开发、成果共享，实现石墨烯产业的创新突破，引领和推进我国石墨烯产业健康有序发展提供有力保障。
石墨烯制备技术发展现状
1、石墨烯制备的主要技术及优劣势对比
机械剥离法
机械剥离法是通过机械方式，例如胶带，从高定向石墨晶体上剥离下单层石墨烯。2004年，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫利用胶带，首次在实验室剥离出单层石墨烯，揭示了这种二维材料可以独立存在。这2位科学家首先用微加工结合反应离子刻蚀技术在高定向石墨表面刻蚀出一定尺寸的结构，经过热处理后，再用胶带反复从高定向热解石墨上粘接分离出石墨薄片。石墨薄片从胶带上剥离下来，并有一部分因范德华力的作用吸附到预先放入溶液中的硅基底上。
机械剥离法的基本原理是采用粘接力来克服石墨层间的范德华力相互作用，从而使石墨烯得以分离，从而得到一小片单层石墨烯。该方法简单易行，得到的石墨烯保持着完美的晶体结构，但是其缺点是所制备的石墨烯单层率很低，且不容易量产，从而限制了产品的应用。
氧化还原法
氧化还原法由美国西北大学Ruoff教授课题组基于石墨氧化的Hummers法发展出来的，该方法主要包括“氧化-剥离-还原”3个步骤。首先是石墨在浓硫酸和强氧化剂的共同作用下，得到氧化石墨。氧化石墨和石墨同是层状结构。不同的是氧化石墨中含有羟基、羧基等多种极性官能团。由于这些极性基团的存在，氧化石墨片层之间存在静电排斥作用。因此，氧化石墨在机械外力作用下，如搅拌或者超声波的作用，在水中或其它极性溶剂中可以发生解离，形成单层氧化石墨烯。再通过加热、或者化学还原使所制氧化石墨烯脱去官能团重新石墨化。
相比于其他方法，这种工艺并不复杂，也相对容易实现产业化，成本也较低。但是在氧化还原的过程中，石墨烯的晶体结构容易受到破坏，造成大量的缺陷，且得到的粉体状石墨烯比表面积太大不容易团聚，因此采用该方法制备的石墨烯质量相对较低。
碳化硅外延法
碳化硅外延法是在碳化硅单晶基底上，经过高温热处理，外延生长出单层石墨烯。该方法以单晶碳化硅为基础材料，经除去表面氧化物过程，然后在超高真空、高温(1 200 ～1 450℃ )条件下，热分解蒸发表面的硅（S i）原子，在碳化硅晶面上外延生长出石墨烯片。
该方法制备的石墨烯载流子迁移率高，适用于电学性能要求高的微电子器件，缺点是所制备的石墨烯晶畴较小，难以得到厚度均一的大面积石墨烯。另外，制备环境的严苛导致生产成本偏高，因此该方法难以成为大规模产业化制备石墨烯的理想方法。
化学气相沉积法
化学气相沉积（CVD）法是以碳氢气体为前驱物体，在铜、镍或者铂等金属的表面热裂解、沉积、成核形成单层石墨的物理化学过程。CVD法可以通过改变金属衬底的种类、反应温度、反应时间等工艺参数，实现对于石墨烯厚度和晶畴尺寸的调控。
2008年，哥伦比亚大学Kim等人通过CVD法，在镍衬底上，以甲烷作为前驱体，制备了超过1cm2的多层石墨烯薄膜。同年，美国德州大学的洛夫等人以铜为衬底制备出厚度均一的单层石墨烯，所制备出的石墨烯尺寸达到了英寸级，且石墨烯的晶体缺陷极少。韩国成均馆大学通过卷对卷的CVD法制备出30英寸的石墨烯薄膜，并保持透光率在95%以上。CVD法制备的石墨烯品质较高，可转移至其他衬底上，在器件制备上具有明显的优势，因而备受关注。
CVD法制备石墨烯简单易行，制取的石墨烯品质高，且非常有利于大面积生产，产品直接得到石墨烯薄膜，再加工工艺简单。在石墨烯产品品质及工艺的简易性方面，CVD法相比其他3种方法具有明显的优势（表2），因此CVD法目前已成为石墨烯生长领域的主流技术。
国内外石墨烯制备设备行业发展现状
1、大学等科研机构是石墨烯制备设备的主要客户
石墨烯广阔的应用前景吸引国内众多高校及科研机构纷纷设立实验室从事相关研究。由于石墨烯的众多特殊性能通常只有在单层石墨烯薄膜上才会出现，因此，制备出高质量、大面积的石墨烯薄膜是科学研究的基础。
化学气相沉积法能够生产出大面积、高质量单层石墨烯薄膜，且容易从衬底上分离并转移到其他基底材料上，因此大学及科研机构的实验室对化学气相沉积系统有着广泛的需求。国内的石墨烯制备设备行业也以化学气相沉积系统为主。
前几年，国内高校、科研机构实验室及少数企业中使用的石墨烯制备设
备绝大部分为自行组装。由于缺乏专业的设备制造经验，自行组装的石墨烯制备设备在性能、稳定性等方面存在一定的缺陷，且参数调试往往需要较长的时间摸索，才能制备出符合要求的石墨烯。近年来，专业的石墨烯制备设备生产企业开始出现，以良好的产品性能和较高的性价比获得了大学及科研机构的认可，产品销量快速增长，国内石墨烯设备制备行业开始逐步成型。
据不完全统计，国内从事石墨烯研究的实验室超过1 000个，按照每个实验室需要配备1台气相沉积系统，每套售价40万元估算，国内化学气相沉积系统的市场规模超过4亿元。
2. 石墨烯制备设备行业主要企业
一些国外大型企业如韩国的Graphee Square、德国的Aixtron、美国的CVD Equipment等也研发成功了基于化学气相沉积方法的石墨烯制备设备，并对外销售，国外进口设备的售价通常都在百万元人民币以上，不适合在国内高校和研发机
构大量推广，在国内的销量较小。
国内的石墨烯制备设备企业近几年有较大的进步，并逐步占据了主要的市场份额，如厦门烯成石墨烯科技有限公司、合肥科晶材料技术有限公司、安徽贝意克设备技术有限公司均有化学气相沉积系统对外销售。
国内企业设备性能已经与国外企业相差无几，同时在价格及售后服务方面具有明显的优势，因此获得客户的青睐，逐步成为市场的主导企业。
石墨烯制备设备行业发展前景
目前，全球范围内石墨烯还处于产业化初级阶段，对石墨烯制备设备的需求也主要是大学和科研机构，这也限制了石墨烯制备设备行业的规模。石墨烯具有广阔的发展前景，石墨烯的产业化已经提速，一旦产业化开始大规模推行，未来市场对石墨烯制备设备的需求将出现爆发式的增长，市场的规模将远大于当前。
1. 国家政策支持，越来越多的科研机构开展石墨烯研究
发达国家高度重视石墨烯对未产业经济的支撑作用，在国家层面上对石墨烯的研发及商业化不遗余力。如2011年，英国财政部宣布斥资7 150万英镑支持石墨烯研究，包括建立国家石墨烯研究院。2013年1月，欧盟委员会将石墨烯列为未来新兴技术旗舰项目之一，10年提供10亿欧元资助。韩国预计从2012年到2018年向石墨烯领域提供总额为2.5亿美元的资助，用于石墨烯技术研发和石墨烯商业化应用研究。
我国政府亦积极支持石墨烯技术研究，从石墨烯被科研界关注起，我国各大高校和科研机构就开始了石墨烯的基础研究和应用研究。中国科学院的诸多研究所、清华大学、复旦大学、中国科技大学、厦门大学等众多高校成立了相关研究组，投入大量经费，引进众多海归人才，加强石墨烯领域的研究和探索，并取得了诸多成果。2007-2012年，中国国家自然科学基金委员会（以下简称“国家自然基金委”）对石墨烯项目累计资助经费就高达3.30亿元，科技部和中国科学院对石墨烯的累计资助经费也分别达到了5 915万元和4 605万元。截至2015年3月，国家自然基金委已资助石墨烯相关研究2 180项，其中重大项目7项共资助5 124万元，重点项目21项共6 215万元（表3）。国家科技重大专项、国家“973”计划也围绕石墨烯的制备及应用部署了一批重大项目，取得了一批创新成果。政府科研经费对石墨烯研发的支持拉动了市场对石墨烯制备设备的需求。
2. 石墨烯制备设备更新换代带来新的市场空间
石墨烯制备设备向着大尺寸及自动化控制方面快速发展。制备出单晶大尺寸的石墨烯对于石墨烯产业化应用有着重要意义，科研机构纷纷开展对大尺寸石墨烯的研究，市场对于能够制备大尺寸石墨烯的制备设备有着强烈的需求。此外，如何通过控制温度、气体流量及真空等参数控制石墨烯制备设备的运行至关重要，参数自动化控制能够保证实验结果的可复制性，对实验室研究有重要意义，目前能够通过计算机自动控制石墨烯生长系统并自动记录实验数据的新型设备已经上市，并受到市场的欢迎。未来，随着石墨烯尺寸逐步增大及更加智能的石墨烯制备设备出现，替代性市场空间将会打开。
3. 工业化应用将带来巨大的空间
随着石墨烯逐步进入工业化，生产企业对于石墨烯制备设备的需求将出现，目前国内已经有重庆墨烯科技有限公司、常州二维碳素科技股份有限公司等企业建立了石墨烯薄膜生产线，但是生产、销售情况不甚理想。目前，基于石墨烯的下游产品已经逐步成熟，如石墨烯导热塑料，将石墨烯复合掺杂在塑料中，重新造粒得到的具有良好导热性的新型塑料，可以广泛应用于LED和电子行业。石墨烯导热塑料相较于传统的金属及陶瓷导热材料，在成本、易塑性等方面具有明显的优势，预计未来数年每年的市场需求将出现100%以上的增长。随着诸如石墨烯导热塑料等产品的逐步成熟，将会有更多的企业建立石墨烯生产线，生产企业对于石墨烯制备设备的需求量将远大于大学等科研机构，石墨烯制备设备市场规模将远高于当前。
石墨烯制备设备行业经过数年的发展，在国内已经逐步成熟，已经具备了一定的市场规模，且随着越来越多的研究机构加入研究石墨烯的行列，石墨烯设备本身的快速更新换代及石墨烯生产企业对石墨烯制备设备需求出现，未来石墨烯制备设备行业空间可能出现成倍的增长，这给石墨烯设备行业内的企业带来巨大的市场机会。
石墨烯制备设备行业经过数年的发展，在国内已经逐步成熟，已经具备了一定的市场规模，且随着越来越多的研究机构加入研究石墨烯的行列，石墨烯设备本身的快速更新换代及石墨烯生产企业对石墨烯制备设备需求出现，未来石墨烯制备设备行业空间可能出现成倍的增长，这给石墨烯设备行业内的企业带来巨大的市场机会。（作者：董国材，江南石墨烯研究院）
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