从石墨烯的孤立到现在已经20年，已有超过150,000项与石墨烯相关的专利被申请。然而，尽管早期对在半导体和光子设备中集成的承诺，迄今为止，最大的应用仍然是在能源存储和聚合物方面。本文分析了过去二十年石墨烯的商业化进程，并讨论了石墨烯在实现净零碳排放目标中的作用。
在过去20年中，科学界发表了超过370,000篇研究论文，申请了超过150,000项专利，并见证了众多公司致力于利用石墨烯相关材料（GRMs）的潜力。值得注意的是，欧盟启动了一项为期十年、金额达10亿欧元的计划，旨在推动欧洲在石墨烯商业化方面走在前列。然而，尽管取得了这些进展，仍然有一种 lingering 的感觉，即石墨烯未能兑现其商业承诺。
虽然两十年看似不短，但将石墨烯的发展与其他传统材料的历史轨迹进行对比，表明它仍处于早期阶段。五年前对石墨烯商业进展的回顾显示出有希望的发展，而近年来的进展速度更是加快。这种快速发展得益于标准的建立、健康与安全考虑的深入研究、验证真正的石墨烯生产商的强大系统，以及在欧洲、美国、加拿大和澳大利亚等主要市场的监管批准。目前，全球石墨烯年产量超过23,000公吨，全球超过250家公司正在商业化石墨烯基材料，表明市场存在不断增长。
近年来，企业在专利申请方面日益超越学术机构，现在占所有石墨烯专利的76%，比2019年至2022年增加了12%。过去五年中的另一个趋势是，传统科技公司现在主导着大多数石墨烯专利，而不是专门的石墨烯公司。2019年，传统科技公司占企业石墨烯专利的近84%。到2020年，这一数字增加到近91%，到2022年，接近94%。这一趋势支持了传统科技和工业公司通过石墨烯和其他二维材料的专利寻求竞争优势的论点。这一转变表明，石墨烯在各种应用中的整合前景广阔。
商业发展
图1：与石墨烯相关的专利申请趋势：
a，全球专利申请（2004-2024）b，不同应用领域的专利申请（2022-2023）。数据来源于石墨烯委员会。图源：Nature
石墨烯应用的演变
可持续驱动的整合
石墨烯正在各个行业推动创新，受到净零目标的推动。在水泥、聚合物和涂料等高容量商品市场中，石墨烯减少这些能源密集型材料碳足迹的潜力使其尤其具有吸引力。例如，美国轮胎制造商协会已将石墨烯视为替代6PPD的潜在材料，后者因其生态毒性效应而受到关注。
前景展望
这篇文章让我们深入了解一种革命性材料从实验室到市场的过程。它不仅展示了科技创新的复杂性，也揭示了市场力量、政策导向和全球挑战如何塑造一种新材料的发展轨迹：
技术发展周期的再认识：本文很好地提醒我们，新材料从发现到广泛商业应用通常需要相当长的时间。石墨烯20年的发展历程与其他材料相比仍属早期阶段。这个视角对于评估新兴技术和材料的进展非常重要，提醒我们在评判一项技术的成功与否时要有耐心和长远眼光。 市场驱动力的转变：文章揭示了石墨烯应用领域的显著转变，从最初预期的电子和光电领域转向了能源存储和聚合物等领域。这种转变反映了市场需求对技术发展方向的重要影响。作为学者，我们应该更多地关注市场需求与基础研究之间的动态关系，以确保研究成果能更好地转化为实际应用。 产学研合作模式的演变：专利申请趋势显示，企业在石墨烯研发中的角色日益重要，尤其是传统科技公司的参与度大幅提升。这种趋势提示我们，学术界应该更积极地寻求与产业界的合作，以加速科研成果的商业化进程。同时，这也为我们思考如何在基础研究和应用研发之间取得平衡提供了新的视角。 可持续发展的驱动力：本文强调了石墨烯在净零排放目标中的潜在作用，这一点非常引人注目。这表明，面对全球性挑战，新材料和新技术的发展方向正在发生深刻变化。作为教育者，我们应该更多地将可持续发展的理念融入到材料科学和工程教育中，培养学生在技术创新中考虑环境因素的意识。 创新生态系统的重要性：文章强调了围绕石墨烯形成的创新生态系统的重要性。这提醒我们，单一的技术突破往往不足以推动一个领域的发展，还需要配套的生产技术、应用开发、标准制定等多方面的协同进步。在教学和研究中，我们应该更多地强调跨学科合作和系统思维的重要性。 隐性进展的影响：本文提到许多石墨烯的应用被视为商业机密，这提醒我们在评估一项技术的进展时不应仅仅依赖于公开的数据和信息。作为学者，我们需要开发更全面的方法来评估新兴技术的实际影响和潜力。 技术预测的挑战：石墨烯的发展轨迹与最初的预期有所不同，这凸显了技术预测的复杂性和挑战性。这应该促使我们在进行技术预测时更加谨慎，同时也应该鼓励我们开发更精确的预测模型和方法。
总的来说，这篇文章为我们提供了一个全面审视石墨烯商业化进程的机会。它不仅展示了技术发展的复杂性，也为我们思考如何更好地推动科研成果转化、如何培养下一代科学家和工程师提供了有价值的启示。作为学者和教育者，我们应该从中汲取经验，不断调整我们的研究方向和教学内容，以更好地适应快速变化的技术环境和社会需求。
