石墨烯被定義(yi) 為(wei) 由碳六元環結構單元在二維平麵內(nei) 有序排列構成的二維晶體(ti) 。早在石墨烯材料受到廣泛關(guan) 注之前,H. P. Boehm(1959)和R. S. Ruoff(1996)等研究組就利用氧化石墨和石墨微片作為(wei) 原料獲得了單層和少層石墨片(現在被稱為(wei) ‘化學改性石墨烯’和‘少層石墨烯’等)。
2004年,曼徹斯特大學Geim和Novoselov利用透明膠帶從(cong) 高定向熱解石墨中剝離出高質量單層石墨烯,並對其物理性質進行了研究。自此,石墨烯的諸多獨特物理性質逐漸被實驗驗證,包括高電子遷移率、高熱導率、高強度、高阻隔性等。石墨烯的這些性質引起了人們(men) 的廣泛興(xing) 趣,催生了石墨烯及相關(guan) 材料的製備及在物理、化學、材料、生物等多個(ge) 領域的應用研究和功能展示,也直接推動了以二硫化鉬(A. K. Geim, 2005)等為(wei) 代表的二維材料體(ti) 係研究。石墨烯相關(guan) 的研究成果激發了工業(ye) 界的極大熱情,產(chan) 業(ye) 化進程方興(xing) 未艾。其中,石墨烯的宏量製備和產(chan) 品應用是目前石墨烯產(chan) 業(ye) 化進程中的兩(liang) 大核心問題。

基於(yu) 石墨烯研究開發現狀,中國科學技術大學朱彥武教授和季恒星教授聯合中國科學院金屬研究所和清華-伯克利深圳學院的成會(hui) 明研究員、韓國蔚山國立科技大學Rodney S. Ruoff教授,對當前石墨烯產(chan) 業(ye) 化中主流的宏量製備技術、應用領域和市場上已出現的若幹石墨烯產(chan) 品進行了綜述,近期以“Mass Production and Industrial Applications of Graphene Materials”為(wei) 題發表於(yu) 《國家科學評論》(National Science Review, 2017, https://doi.org/10.1093/nsr/nwx055)。
文章指出,盡管單層石墨結構被普遍用於(yu) 定義(yi) 石墨烯,但通過不同製備技術得到的石墨烯材料卻形式多樣、性質有別。機械剝離法、氧化還原法和化學氣相沉積法是目前石墨烯產(chan) 業(ye) 化中采用的代表性製備技術路徑,分別生產(chan) 出石墨烯漿料、石墨烯粉體(ti) 和石墨烯薄膜等主體(ti) 材料。這些石墨烯材料的宏觀形態和微觀結構、主要物理和化學性質都有明顯差異;規模製備中涉及的設備設計、工藝瓶頸和質量監控等問題各不相同;具有高性價(jia) 比或不可替代性的應用領域也各具特色。從(cong) 製備角度考慮,首先,石墨烯的產(chan) 業(ye) 化需要進行全鏈條設計,即石墨烯製備路徑需要和目標應用領域緊密結合,石墨烯應用研發也需要對石墨烯產(chan) 品特性提出明確要求,製備與(yu) 應用需要緊密互動。其次,盡管石墨烯材料的製備技術路徑各具特色,但對產(chan) 品標準和質量控製都有迫切需求。第三,盡管石墨烯材料目前在很多方麵的應用仍然處於(yu) 實驗室研發階段,一些以石墨烯材料為(wei) 核心的應用,例如作為(wei) 電極導電添加劑、防腐塗料有效成分、散熱膜前驅體(ti) 、觸控屏和加熱膜功能部件等方麵已經實現規模化應用和銷售。此外,這些應用領域的前景與(yu) 挑戰也在文中有所分析和評述。
作者強調,新材料的產(chan) 業(ye) 化和廣泛應用需要產(chan) 業(ye) 、技術、資本、政策等不同層麵的共同努力,實現創新需要持續不斷的潛心研究和長期積累,外部環境應給予石墨烯產(chan) 業(ye) 更多耐心和客觀評價(jia) 。石墨烯產(chan) 業(ye) 內(nei) 部應對製備技術和應用領域之間的密切關(guan) 係予以足夠重視,並聚焦於(yu) 能夠體(ti) 現石墨烯關(guan) 鍵作用的產(chan) 品研發,致力於(yu) 發揮石墨烯結構的獨特性質和功能。




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