2024-04-1240
石墨烯是近年来全球备受关注的新型材料，是目前人类发现的比强度更高的材料之一。中国石墨烯产业综合发展水平位于世界前列，截至2022年，石墨烯行业市场规模已达到335亿元左右，专利申请量从2016年的13000件到2020年20000件左右，远高于美国和韩国，且申请活跃度也高于其它。目前，我国石墨烯行业正处于市场导入阶段，仍存在规模小、分散技术难和市场渗透率偏低等问题。石墨烯的发展关乎未来科技的进步，美国、欧盟和英国等从层面开展战略部署，出台多项扶持政策及研究计划，对推动石墨烯行业高质量发展具有重要的意义。因此，本文利用灰色预测模型对我国石墨烯产业发展趋势进行预测，该模型适用于预测单时间序列事物的发展趋势，具有不受样本大小和规律性限制的优势，对短期趋势预测有较高的精度。通过对石墨烯行业发展的预测为政策引导和系统规划提供参考。
1、资料与方法
1. 1 资料来源
对象为中国石墨烯行业市场规模、相关企业注册量以及专利申请量等相关数据来自佰腾网、智研咨询和华经产业研究院整理，最终运用SPSSPRO对2016−2022年数据进行分析。
1. 2 研究方法
邓聚龙教授最早提出的灰色预测模型由单一变量一阶微分方程构成，是最常用的一种灰色预测模型。主要建模步骤为通过对原始序列进行累加生成具有指数增长规律的序列，然后构建微分方程还原
预测模型，最终通过后验差比值（C）和小误差概率（P）两个指标检验模型精度的过程。
根据原始数列，生成一次序列，X(1)={ x(1)(1)，x(1)(2)，. . .，x(1)(n)}。规定 x(0)(0)=0，构建微分方程dx(1) /dt+ax(1)=b，解出a、b的值，GM（1，1）预测模型：
x(1)( k + 1)=( x(1)(0) - b/a ) e-ak +b/a，k=0，1⋯，n - 1
2、结 果
2. 1 中国石墨烯行业总体发展情况
得益于近年来我国新能源、半导体等产业的迅速发展，石墨烯的需求量也随之不断增长，推动了行业规模的持续扩张。如图1所示，2022年我国石墨烯行业市场规模335亿元，同比增长26. 4%。从行业企业情况来看，随着我国石墨烯产业的向好发展，石墨烯相关企业注册量也随之快速增长。从2016年的1547家增长至 2022年的 14682家。从行业专利申请量情况来看，总体呈现先增加后降低的趋势，截至2022年，我国石墨烯行业专利申请量为15672件。
图1 2016−2022年中国石墨烯行业发展趋势
表1 市场规模GM（1，1）模型拟合预测结果
2. 2 中国石墨烯行业发展趋势预测
2. 2. 1 市场规模发展趋势预测
首先，对时间序列进行级比检验，若所有的级比值均位于区间（e^（−2/（n+1）），e^（2/n+1））内，说明数据适合模型构建，平移转换后序列的所有级比值均位于区间（0.779，1.284）内，说明平移转换后序列适合构建灰色预测模型。对2016−2022年的数据建立模型后（表1），其中发展系数 a的值为−0.100，灰色作用度b为349.713，后验残差比为0.004，说明模型精度高，且模型平均相对误差为2.394%，意味着模型拟合效果良好。
根据模型预测结果（图2及表2）所得，未来中国石墨烯行业市场规模呈稳步上升趋势，目前，我国石墨烯产业化发展的势头很猛，各地企业积极投建石墨烯项目，随着行业规模的不断扩大，下游应用的不断延伸，更加推动了石墨烯行业的快速发展。
图2 市场规模模型拟合预测效果图
表2 市场规模模型预测结果表
2 .2. 2 相关企业注册量发展趋势预测
进行平移转换后序列的所有级比值都位于区间（0. 779，1. 284）内，说明平移转换后序列适合构建灰色预测模型。如图 3和表 3所示，发展系数 a的值为−0. 125，灰色作用度 b为 12899. 056，后验残差比为0. 064，说明模型精度高。
我国建立了全球第1、第2条规模化量产石墨烯产线，石墨烯企业约占全球3/4，以中小创企业为主。石墨烯已上升为战略级产业，各项政策和产业基金支持力度大，根据GM（1，1）模型预测情况，石墨烯相关企业注册量未来将持续增加，表明企业正成为我国石墨烯产业的创新主体（表4）。
图3 相关企业注册量模型拟合预测效果图
表3 相关企业注册量GM（1，1）模型构建情况
表4 市场规模模型预测结果表
2. 2. 3 专利申请量发展趋势预测
相关数据平移转换后序列适合构建灰色预测模型（表5）。发展系数a的值为−0.017，灰色作用度b为19746.004，后验残差比为0.413，模型精度合格，模型平均相对误差为7.47%，意味着模型拟合效果良好。
在全球各国争夺的石墨烯技术领域内，中国研究机构和公司拥有其中超过 60% 专利，已经掌握了石墨烯技术的命脉，随着石墨烯相关技术不断发展，越来越多的申请人参与到石墨烯行业中，石墨烯专利申请人集中度下降趋势十分明显，结合图4显示，我国石墨烯专利申请数量在2018年达到更大值后增速下降，说明我国在研发石墨烯技术上已经相对成熟，该领域产业垄断程度越来越低，企业间的竞争十分激烈。
表5 专利申请量GM（1，1）模型拟合预测结果
图4 专利注册量模型拟合预测效果图
3、结论与展望
我国是全球石墨烯研发、生产企业数量最多的，但由于部分企业没有找到合适的盈利模式，将面临巨大的投资风险，而实现规模化生产可以有效解决成本问题。根据灰色预测模型结果显示，石墨烯行业企业数量和市场规模将逐年增加，未来应给予企业更多政策支持和产业资金的持续投入，加速推动我国石墨烯规模化生产的进程，催生一批高速增长的石墨烯企业。同时，我国石墨烯产品正处于市场导入阶段，市场占有率在整个导入期是一个变数。目前，石墨烯虽然已经走出了实验室，但是大规模商业化应用仍然面临着很多制约因素，未来5−10年，随着技术的不断发展和成熟，市场将进入高速发展期，石墨烯商业化应用将不断得到推广和应用。随着企业与高校院所的协作不断深化，我国石墨烯制备工艺不断提升，量产技术稳步提高。随着创新主体自主结合，产业化进程加速，未来石墨烯仍处于专利技术的成长期，技术进步将催生巨大的市场空间。
摘录自《应用化学》第40卷第12期，如有侵权请告知删除。