石墨烯发展瓶颈的技术限制

　　被称为有多种功能和应用的石墨烯，在现在的市场上没有得到普及，本文从石墨烯的技术方面，讨论石墨烯没有得到普及的原因。

　　独特的结构带来的优异性能从某种程度而言也成为石墨烯材料普及的制约因素。从材料结构而言，单个碳原子层组成的二维材料，没办法单独使用，而石墨烯自身化学键饱和，又很难和其他材料复合。

　　石墨烯材料的基础科学研究，不断追求更环保、更高质量、规模化的石墨烯材料制备技术，在从通常使用的强氧化技术，逐渐发展到少使用或不使用强酸强氧化剂的机械剪切剥离技术。这种剥离工艺和英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫最初从石墨材料中分离出石墨烯的方法如出一辙，即利用每个原子层之间相对微弱的结合力，用透明胶带粘住石墨片层的两面，反复粘贴撕开，直到获得只有一层原子厚度的石墨烯。

　　看似简单的提取方式虽然可以获得高品质的石墨烯，但石墨烯的大小只能靠运气且很难实现量产，因为1毫米厚的石墨薄片就能剥离出300万层石墨烯。除此之外还有氧化还原法、化学气相沉积法、超声剥离法等。

　　多数化学方法制备的石墨烯，并不是纯石墨烯，其实质为多层的石墨堆积，产品质量无法得到保障;化学气相沉积制备石墨烯薄膜成本高，成品率低，难以进行批量化生产。

　　目前的石墨烯主要有两种形态，一种是石墨烯薄膜，一种是类似炭黑的石墨烯粉体，两者的应用方向也不尽相同。薄膜形态的石墨烯已经可以大规模生产，包括重庆墨希科技有限公司、常州二维碳素、无锡格非等公司。

　　目前市面上比较主流的石墨烯制备方法主要有两种。其一是化学气相沉淀CVD法，主要利用的是化学反应冷却沉积的方式来沉积石墨烯。由于化学反应可控性不强，沉积所形成的石墨微片层数不稳定，其制备的石墨微片很难达到石墨烯的结构要求。第二种方法是氧化还原法，强氧化剂使石墨多层结构中，层与层之间的链接分开，从而得到石墨烯。这种方法市场认可，但是不能准确分离石墨层，并且化学反应会破坏石墨烯结构，产出的石墨微片很难达到市场化要求。

　　刘剑洪团队针对石墨烯结构难以完整的问题研发了化学液相法，该方法直接从液态高分子经过一系列热化学反应烧结成为石墨烯。经检测，化学液相法生产的石墨烯经其结构与国际认可的单层石墨烯结构完全吻合。“只有完整的石墨烯结构才能发挥其卓越导电性的特效。”刘剑洪教授谈到，“石墨烯产业的发展重点应该在于导电性上，若是由于技术瓶颈而放弃开发其导电性，转而发展导热性，利用高成本的石墨烯去达到电阻发热的效果，是不符合市场发展趋势的。

       石墨烯如果要实现量化，企业需要在石墨烯的制备方向上继续进行深入研究，实现石墨烯的产业化和应用。