“夢(mèng)幻材料”石墨烯因具備強(qiáng)度高、韌性好、重量輕、導(dǎo)電性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，帶給人們無(wú)限想象：超輕薄型飛機(jī)、超薄可折疊手機(jī)、太空電梯……
近日有消息稱，石墨烯入選“十三五”新材料規(guī)劃已基本落定，預(yù)計(jì)今年將成為中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)爆發(fā)元年。然而，就在石墨烯步入產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵階段，卻面臨著成本高昂、工業(yè)化難放大等多重挑戰(zhàn)。
近日，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員朱錦帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，成功制備出高純度、高品質(zhì)的生物基石墨烯，成本較傳統(tǒng)石墨剝離法路線大幅度降低，為大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的原料來(lái)源開(kāi)辟了一條新路徑。
石墨烯的“兩面派”
石墨烯似雙刃劍，很“美好”，也很“邪惡”。
“美好”是因?yàn)樗悄壳笆澜缟献畋 ⒆顖?jiān)硬、電阻最小的納米材料，在導(dǎo)熱、導(dǎo)電、透光性能、氣體阻隔等方面亮點(diǎn)頻現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于電子、航天、軍工、生物、新能源、半導(dǎo)體等諸多領(lǐng)域。
“邪惡”是因?yàn)閭鹘y(tǒng)石墨烯必須以石墨或石化資源為碳源，原材料受限的同時(shí)，對(duì)環(huán)境也不友好，同時(shí)還面臨成本高昂、難以規(guī)模產(chǎn)業(yè)化等多重挑戰(zhàn)。
目前，制備石墨烯主要利用化學(xué)氧化還原、微機(jī)械或溶劑剝離、化學(xué)氣相沉積等方法。
朱錦告訴記者，由于采用氧化還原法生產(chǎn)石墨烯的主要原料以及工藝和周期沒(méi)有取得突破，所以各個(gè)生產(chǎn)廠家的成本基本上都在100萬(wàn)元/噸或以上，高昂的價(jià)格嚴(yán)重限制了石墨烯的應(yīng)用。
不僅如此，氧化還原法大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)石墨烯，在生產(chǎn)工藝和路線上也存在問(wèn)題。朱錦說(shuō)：“石墨烯在工業(yè)化放大技術(shù)上，某些生產(chǎn)廠家雖然一直用相同的原料和工藝參數(shù)，但是批次之間的質(zhì)量差異非常大。”
他還表示，石墨烯雖然在復(fù)合材料、能源材料、電子以及傳感器材料的實(shí)驗(yàn)室研究中，已經(jīng)取得了許多令人驚異的成果，但在工業(yè)化的應(yīng)用上依然存在著諸多使用限制，例如易發(fā)生團(tuán)聚等問(wèn)題。
天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授封偉也對(duì)記者稱，目前，以噸/天的速度生產(chǎn)石墨烯還很難實(shí)現(xiàn)，無(wú)法滿足市場(chǎng)對(duì)石墨烯的需求。
如今，很多企業(yè)都希望借助石墨烯這一“工業(yè)味精”來(lái)提升產(chǎn)品的附加值和競(jìng)爭(zhēng)力，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，今年石墨烯還有望帶動(dòng)50億~100億元規(guī)模的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
而在這種行業(yè)高漲的勢(shì)頭下，開(kāi)發(fā)低成本、高品質(zhì)的石墨烯就成為當(dāng)下研究的焦點(diǎn)。
