1 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 石墨烯 从概念 到 应用 热潮 渐起 ： 自 2015 年底 ， 华为宣布将在新的手机产品上运用石墨烯电池， 石墨烯概念就为大家所熟知 。 除了企业大举进军石墨烯领域，国家层面对石墨烯在内的新材料也十分重视， 习近平出访英国专程参观英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院。 此外，石墨烯产业支持政策 的相关法律法规也纷纷出台。 石墨烯性能优越，市场前景广大 ： 石墨烯是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。 由于其出色的性能，可以 应用于复合材料、导电导热涂层、超级电容器、锂离子电池等 ， 未来进一步的发展可能是柔性显示、太阳能、高性能芯片 ，医学生物 、 瞄准后硅时代的超高集成 IC、燃料电池，充电电池和电容器的电极 等领域 。 新三板多家企业 具备石墨烯产品的规模化生产的能力 ，我们重点为您挑出 4 家 ： 第六元素（ 831190） ： 以高质量石墨烯，创碳时代领导者 。公司收购无锡格菲电子， 成为国内唯一一家掌握 两种目前较为成熟的石墨烯制备方法即氧化还原法和气相沉积法的公司 ， 最新申请年产 100 吨石墨烯、 300 吨氧化石墨生产线 。还 通过参股投资形式加强同下游企业组建石墨烯材料应用企业 。 公司在下游布局较早，且应用领域符合石墨烯技术发展方向 。 二维碳素（ 833608） ： 石墨烯薄膜材料的产业和 触控产品 专家 。世界上首次 成功生长出宏观大尺寸高质量石墨烯薄膜，使得大规模生产石墨烯薄膜成为可能 。 公 司 完全自主知识产权的石墨烯 Z-touch 压力触控系统在深圳发布，实现 类似 苹果 IPhone6S 系统 3D-touch 功能 。 华高墨烯（ 835672） ： 海洋、军工领域服务提供商 。立足于石墨烯国际前沿科技，研发能力强劲，和多家科研单位合作。 公司 石墨烯海水淡化膜已完成小试 ；石墨烯导热膜、防腐涂料、 防弹材料 、导静电轮胎等项目已完成中试。 凯纳股份（待挂牌） ：中国第一家石墨烯 改性材料 生产商 。 公司产品拥有完全自主知识产权，已共申请近 40 项石墨烯相关专利 ,其中 8 项专利获得国家授权 。 目前已经成功研发出石 墨烯防弹材料、石墨烯气凝胶、石墨烯导电纸、石墨高导 电添加剂等下游应用产品。 风险提示： 系统性风险，石墨烯产业化风险 Tabl e_Title 2016 年 01 月 31 日 新三板专题研究：新材料创造新未来，石墨烯驾到！ Tabl e_BaseInfo 投资策略 专题报告 证券研究报告 诸海滨 分析师 SAC 执业证书编号： S1450511020005 zhuhbessence 021-68766170 相关报告 证监会禁新三板场外撮合平台 监管走向拐点 2016-01-28 新三板或提前考核分层标准 杜绝价格偏离怪象 2016-01-27 新三板挂牌公司转让意向平台 2 月上线 2016-01-26 主题周报 20160125：关注智能汽车、虚拟现实、农业现代化、军工及供给侧改革等主题 2016-01-25 新三板扩容两周年：业绩良好 活跃度待提升 2016-01-25 2 投资策略 定期报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 内容目录 1.石墨烯的前世今生 . 4 1.1. 石墨烯是什么 . 4 1.2. 石墨烯的特性 . 4 1.2.1 可应用于电子运输 . 5 1.2.2 石墨烯的机械特性 . 5 1.2.3 超大比表面积 . 6 1.2.4 强透光性 . 6 1.3 石墨烯应用领域 . 6 2.石墨烯市场空间巨大，各国争相涌入 . 8 2.1. 石墨烯产业现状 . 8 2.2. 石墨烯应用前景广阔，产业化有望提速 . 9 2.2.1 新能源汽车锂电材料领域 . 9 2.2.2 超级电容器领域 . 9 2.2.3 电子设备领域 . 10 2.2.4 透明导电薄膜领域 . 10 2.2.5 生物医学领域 . 11 2.3. 各国政府纷纷出台政策，石墨烯顺势而发 . 12 2.3.1 国外政府竞相发力，大力支持石墨烯行业 . 12 2.3.2 国内鼎力支持，明确石墨烯主导地位 . 12 2.4 石墨烯的制备与应用 . 13 2.4.1 化学气相沉积法（ CVD） . 13 2.4.2 氧化还原法 . 13 3.新三板中的石墨烯公司 . 14 3.1 第六元素（ 831190.OC）：以高质量石墨烯，创碳时代领导者 . 14 3.2. 二维碳素（ 833608.OC）石墨烯薄膜材料的产业和触控设备专家 . 17 3.3. 华高墨烯（ 835672.OC）：海洋、军工领域服务提供商 . 22 3.4. 凯纳股份（待挂牌）：石墨烯改性材料生产商 . 24 图表目录 图 1：石墨烯分子结构 . 4 图 2：石墨烯的优良性能 . 4 图 3： PET/石墨烯和 PET/石墨复 合材料的导电性 . 5 图 4：石墨烯的转化过程 . 5 图 5：硫掺杂石墨烯泡沫吸附剂 . 6 图 6：石墨烯的透射率 . 6 图 7：石墨烯及其相关材料在不同领域的应用 . 7 图 8：导电添加剂分类 . 9 图 9：超级电容器模型图 . 9 图 10：石墨烯超高的热导率 . 10 图 11： 柔性电子 -石墨烯 . 10 图 12：无锡格菲电子生产的石墨烯膜传感器 . 11 3 投资策略 定期报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 13：石墨烯在分子诊断中的运用 . 11 图 14：公司的产品 . 14 图 15：公司的设备 . 14 图 16：公司和无锡格菲电子的产品区别 . 15 图 17：公司已申请的专利 . 16 图 24：公司董事长向习总书记汇报石墨烯产业化发展情况 . 17 图 18： 石墨烯产品 -应变压力传感器 -智能可穿戴 . 17 图 19： 3D 触控解决方案 . 18 图 21：压力触控传感器是下一代手机及相关智能设备的必备功能之一 . 19 图 20：硅基底石墨烯膜 . 19 图 21：石墨烯手机触摸屏 . 19 图 22：公司的环境 . 20 图 23：公司获得的项目支持 . 20 图 25：企业客户和合作伙伴 . 21 图 26：公司的产品 . 22 图 27：公司机械无酸氧化和快速还原法的工艺流程图 . 22 图 28：公司部分研发团队研发研发项目及成果 . 23 图 29：公司产品 . 24 图 30：公司产品产业化进程 . 24 图 31：公司的各种专用型石墨烯产品的产业化成果及发展方向 . 25 表 1：国家大力发展包括石墨烯在内的新材料 . 13 表 2：公司的下游合作、服务对象 . 15 表 3：第六元素的财务数据 . 16 表 4：二维碳素的财务数据 . 21 表 5：华高墨烯的财务数据 . 23 表 6：凯纳股份的财务数据 . 26 4 投资策略 定期报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 1.石墨烯的前世今生 自 2015 年底，华为宣布将在新的手机产品上运用石墨烯电池，市场上就掀起了一阵石墨烯的旋风。华为创始人任正非，认为这个时代将来最大的颠覆是石墨烯时代将颠覆硅时代，且未来 10 年至 20 年内将爆发一场技术革命。除了企业层面，国家也高度看好石墨烯产业，习近平出访英国专程参观英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院。据相关人士透露，包括新材料十三五规划在内的多个石墨烯产业支持政策，有望在今年上半年陆续出台。 1.1. 石墨烯是什么 石墨烯是一种由碳原子以 SP2 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。 2004 年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈盖姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，成功地在试验中从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得 2010年诺贝尔物理 学奖。 图 1： 石墨烯分子结构 资料来源：安信证券研究中心 ，百度 1.2. 石墨烯 的特性 石墨烯是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。 作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为黑金，是新材料之王，科学家甚至预言石墨烯将彻底改变 21 世纪。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。 图 2： 石墨烯的优良性能 资料来源：安信证券研究中心 ， 新材料在线 5 投资策略 定期报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 1.2.1 可应用于电子运输 石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，作用力十分强。在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。由此，在石墨烯晶格中，电子的运动速度达到了光速的 1/300，远远超过电子在一般导体中的运动速度，常温下其电子迁移率超过 15000cm2/Vs，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约 10-6cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。 图 3： PET/石墨烯和 PET/石墨复合材料的导电性 资料来源：安信证券研究中心 ， 中国科学 院 加州大学河滨分校的 Alexlander Balandin 教授及其研究小组成员应用拉曼光谱偏移测量手段，测得悬空的单层石墨烯在室温下可拥有 4840W/mK 的高热导率，进一步支持石墨烯为最新电子器件材料的应用前景。 1.2.2 石墨烯的机械特性 石墨烯是目前已知强度最高的物质，比世界上最好的钢铁还要高 100 倍。其抗形变能力与单壁碳纳米管相当，韧性是碳纤维的 20 倍，单位面积的石墨烯片层可承受 4Kg 重量。石墨烯具备极强的机械特性，可以与碳纤维、碳纳米管共同制备超强纤维。 图 4： 石墨烯的转化过程 资料来源：安信证券研究中心 ，百度图片 6 投资策略 定期报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 1.2.3 超大比表面积 由于石墨烯的厚度只有一个碳原子厚，即 0.335 纳米，所以石墨烯拥有超大的比表面积，理想的单层石墨烯的彼表面积能达到 2630m2/g，活性炭的彼表面积为 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。 图 5：硫掺杂石墨烯泡沫吸附剂 资料来源：安信证券研究中心 ，互联网 1.2.4 强透光性 石墨烯材料的透光率在 97%以上，在位透明点击的应用带来变革的同时，也是太阳能产业的升级成为可能。 2012 年，美国 IBM 公司成功研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路，使得石墨烯特殊的电学性能彰显出应用前景。 图 6： 石墨烯的透射率 资料来源：安信证券研究中心 ，烯成实验室 1.3 石墨烯应用领域 石墨烯在已知的材料中电阻率最小、导热系数最高 ,它电流密度是铜的 100 万倍 ,导热率是铜的 10 倍 ,因此也是最理想的电极和半导体材料，被认为可以引起现代电子科技和信息技术的革命。 目前，石墨烯 主要应用于复合材料、导电导热涂层、超级电容器、锂离子电池等 ,未来进一步的发展可能是柔性显示、太阳能、高性能芯片 、医学生物等领域 。 7 投资策略 定期报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 7：石墨烯及其相关材料在不同领域的应用 资料来源：安信证券研究中心 ， 新材料在线 未来 石墨烯 将 在与国防密切相关领域的战略性开发 石墨烯具有优越的力学性能， 在抗弹防护方面具有广泛的应用前景。 2014 年，美国莱斯大学在国防威胁降低局的支持下进行了石墨烯抗冲击研究，发现石墨烯受到硅石球高速冲击时能迅速分散冲击力，吸收入射能量的能力比钢强十倍，是凯芙拉纤维的两倍 将石墨烯与其它轻质高强材料复合，有望获得高性能轻型装甲系统。 2015 年 5 月，意大利特伦托大学的研究人员发现石墨烯能显著增强蜘蛛丝的强度，复合丝可达天然蛛丝强度的 3. 5 倍 ， 是单兵防弹衣的高性能材料鉴于石墨烯的轻质高强特性和热电性质，石墨烯还可用于隐身防护领域 2013 年， 美国加州大学制备了石墨烯基红外隐身涂层， 通过改变反射光的 波长来实现红外隐身这种材料可大面积涂覆于结构和平台表面， 实现军事伪装另外， 欧洲防务局于 2015 年 6 月举行专题研讨会，聚焦石墨烯在复合材料防护体系和自适应伪装涂层方面的应用潜力。 欧美等发达国家高度重视军用石墨烯传感器的研发 。 位于美国麻省理工学院的士兵纳米技术研究所把利用石墨烯技术开发具备高灵敏度 ， 可调光谱选择性和快速响应特性的新一代红外夜视系统列为研究目标 。 2014 年，美国密歇根大学研究者将石墨烯夹入镜片之间构建了一种能捕捉可见，光和红外线的传感器 镜片可做成比手指甲更小 ， 结合于隐形眼镜中 ， 未来这种智能隐形眼镜应用于士兵可获得夜视能力 。 2015 年 7 月， 国防高级研究计划局和陆军研究实验室资助美国东北大学制备了一种硼氮氧掺杂的石墨烯基二维材料， 赋予了石墨烯热敏性和超感光性， 有助于开发体积更小携带灵活的红外热像仪和超灵敏光探测器 2015 年 8 月， 瑞士洛桑联邦理工学院的研究者宣称正在开发可拾获一个光子的石墨烯超感光探测器， 这种探测器对从近红外到 X 射线的宽光谱范围都有响应， 比常规的硅基光电探测器灵敏度高上千万倍， 可用于军用夜视系统 太空望远镜。 总而言之 ， 石墨烯已成为军事尖端技术所依托的明星材料 ， 其成果一旦商业化将给军事装 8 投资策略 定期报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 备和民用产品带来巨大变革。 2.石墨烯市场空间巨大，各国争相涌入 2.1. 石墨烯产业现状 从 2004 年成功分离出石墨烯以来，这种新材料就成为全球瞩目的焦点。 2015 年，根据中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布的 2015 全球石墨烯产业研究报告显示，预计到 2020年 ,石墨烯全球市场值 1.49 亿美元， 2014-2020 年年复合增长率是 44%。 目前，石墨烯正处于由实验室走向产业化的关键时期，虽然在实验室里的效果很好，但如果进行规模化生 产，产品的稳定性尚待观察。 中国现有的石墨烯产业化主要集中在两方面： 石墨烯粉末产品和石墨烯薄膜产品。 石墨烯粉体 ，一种不具备石墨烯薄膜优良理化性能的类石墨烯，并不具备前者最好的导电和导热性、最坚硬的强度等特质，一般只作为添加剂用于功能涂料、复合材料、散热材料、电池等领域。 虽然 部分已初步产业化，但规模小、技术含量与附加值均比较低 ，但要实现产业化生产还需进一步提升石墨烯粉体的纯度。 石墨烯薄膜， 可应用于微电子材料和显示屏薄膜材料等，能够体现石墨烯核心价值、打造万亿级产业链，但也是对石墨烯生产工艺要求 最高、 尚不能实现工业化生产的领域 ，因为这个领域的发展有待于石墨烯带隙问题的解决，产业化还较为遥远。 当前阶段制约石墨烯产业发展的关键因素是石墨烯的工业化植被方法不成熟，无论是粉体产品还是薄膜产品，都面临成本高、产品不稳定、标准化程度低等问题，还需要长时间的发展才能克服这些问题。 9 投资策略 定期报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 2.2. 石墨烯应用前景广阔 ， 产业化有望提速 2.2.1 新能源汽车锂电材料 领域 石墨烯作为导电添加剂能大幅提升锂离子电池的充电效率、稳定性和使用寿命，相比颗粒状导电剂和碳纳米管具有显著性能优势。 导电添加剂能大幅提升锂离子电池导电性，提高电动车的快充性能。导电添加剂的作用就是在具体活性物质之间、活性物质与集流体之间收集微电流以减小电极的接触电阻，加速电子的移动速率。与传统的导电剂相比，石墨烯导电剂性能更为优异，与碳纳米管相比也更胜一筹。 图 8： 导电添加剂分类 资料来源：安信证券研究中心 ， 晶科新能源 2.2.2 超级电容器 领域 超级电容器是一种靠极化电解液来存储电能的新型电化学装臵，介于传统电容器和二次电池之间，具有充放电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能 源和绿色环保等特点，在各类需要能源转化的领域拥有巨大的应用价值。 由于石墨烯具有特高的表面面积对质量比例，石墨烯可以用于超级电容器的导电电极。 科学家认为这种超级电容器的储存能量密度会大于现有的电容器。 图 9： 超级电容器模型图 资料来源：安信证券研究中心 ， link.springer 10 投资策略 定期报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 2.2.3 电子设备领域 电子产品的轻薄化对散热提出了更高的要求。 当前，电子产品的轻薄化已经成为一大趋势，伴随着产品功能增强、性能提高，高功率的处理芯片带来了更多的热量，更快的处理速度和更低的电量消耗对智能终端提出了更高的散热需求。 2011 年，美国佐治亚理工学院（ Georgia Institute of Technology）学者首先报道了垂直排列官能化多层石墨烯三维立体结构在热界面材料中的应用及 其超高等效热导率和超低界面热阻。 图 10： 石墨烯超高的热导率 资料来源：安信证券研究中心 ， iop 2.2.4 透明导电薄膜 领域 传统的显示屏导体材料基本都使用 ITO 膜，但 ITO 材料具有价格高、易碎、有毒等缺点，且受制于导电性、透光率、弯曲性等本质问题，已无法满足移动终端、可穿戴设备、智能家电对触控面板提出的更高的要求。与 ITO 相比，石墨烯性能更为优异。 图 11： 柔性电子 -石墨烯 资料来源：安信证券研究中心 ，百度图片 通常衡量透明导电膜性能有两个指标：导电性和透光率。石墨烯具有高透光度、强韧性和优异的导电性能，是新型透明导电膜的理想材料。此外，石墨烯触摸屏 sensor 加工工序相对简单，对生产设备、场地等投资要求较低，可进一步降低模组成本。目前，在技术层面石墨烯替代 ITO 作为触摸屏已经没有障碍， 与 ITO 其他替代材料比，石墨烯更为全面，进展加速。 11 投资策略 定期报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 12： 无锡格菲电子生产的 石墨烯膜传感器 资料来源：安信证券研究中心 ，第六元素公告 2.2.5 生物医学领域 由于石墨烯的可修改化学功能、大接触面积、原子尺吋厚度、分子闸极结构等等特色，应用于细菌侦测与诊断器件，石墨烯是个很优良的选择。石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面的应用广阔。以石墨烯为基层的生物装臵或生物传感器可以用于细菌分析、 DNA 和蛋白质检测。石墨烯在生物医学领域的应用研究虽处于起步阶段，但却是产业化前景最为广阔的应用领域之一。 图 13： 石墨烯在分子诊断中的运用 资料来源：安信证券研究中心 ， vikasb.people.uic.edu 12 投资策略 定期报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 2.3. 各国政府纷纷出台政策，石墨烯顺势而发 2.3.1 国外政府竞相发力，大力支持石墨烯行业 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，该项目以石墨烯制备为核心，涵盖了广泛的研究范围。欧盟委员会计划十年提供 10 亿欧元资助，将石墨烯研究提升至战略高度。 在此前，英国投入 5,000 万英镑支持石墨烯商业化应用之后，继续追加 2,150 万英镑资助石墨烯研究项目，以推进石墨烯商业化进程，并建立了有望成为世界领先的石墨烯研究和开发中心的国家石墨烯研究所（ NGI）。 2002-2013 年，美国国家自然科学基金会关于石墨烯的资助达到 500 项，重点方向包括复合材料、电子器件、 CMOS 晶体管、存储器件开发，生物传感器和石墨烯制备等方面。此外，美国国防部及其下属机构国防高级研究计划署开展多项石墨烯研究项目，重点开发更轻更小、更快和更高频的电子器件。 在亚洲地区，日本经济产业省已于 2011 年开始创新融合材料研究项目，就碳纳米管和石墨烯的批量合成进行重点支持， 5 年研究周期的经费高达 9 亿日元。韩国政府则将石墨烯材料及产品定位为未来革新产业之一，除了资金赞助，更以国家名义联合国内 50 多家研究机构和企业组成石墨烯联盟，形成合力，共同推动石墨烯相关技术的商业化。 2.3.2 国内鼎力支持，明确石墨烯主导地位 中国具备发展石墨烯产业得天独厚的条件。据统计，我国石墨矿储量占世界总储量的 75%，生产量占世界总产量的 72%，是我国少有的几种具有国际竞争优势的矿产之一。尽管中国在石墨烯领域研发起步较晚，但发展较 快，有潜在优势和后发优势。 根据国家制造强国建设战略咨询委员会对石墨烯产业做出的发展计划，到十三五末上述四大产业集群有望基本成型，电动汽车锂电池用石墨烯基电极材料产业生产规模将达到万吨级，海洋工程用石墨烯基防腐涂料产业生产规模达到十万吨级，柔性电子用石墨烯薄膜产业生产规模达到上亿平方米级，光电领域用石墨烯基高性能热界面材料产业生产规模达到万吨级；此外，高性能石墨烯粉体年产量十三五末将达到万吨级， 8 英寸石墨烯芯片实现批量生产。 目前