被困在实验室近二十年，“神奇材料”石墨烯终于随着工业规模的具有成本效益的高质量CVD石墨烯薄膜的发展而释放了其潜力。

图片来源：General Graphene Corporation

自2004年由Andre Geim教授和Konstantin Novoselov教授首次发现以来，石墨烯一直被誉为“神奇材料”。仅单个原子的厚度，原始石墨烯就在显微镜下进行了看似无休止的理论实验循环，所有这些都证明了其非凡的性质，包括：

超薄（.345 nm）.
灵活 – 杨氏模量为 1 Tpa。
固有抗拉强度为130 GPa（>比钢强200倍）。
导热系数>3，000 WmK（石墨为2，000 WmK）。
正好πα的光学吸收≈2.3%（即透明）。
对所有气体进行不透水的阻隔。
室温电子迁移率 200，000 cm²/（V·s）（硅是1，400厘米²/（V·s））。
击穿电流密度为 10⁷A/毫米²（铜电流为 1，000 A/mm²).

简而言之，石墨烯是人类已知的最强，最薄，最具导电性的材料。其他特性包括透明度、不渗透性以及化学惰性和生物相容性。

有人说，石墨烯的应用潜力仅限于想象;人们的想法浮出水面，它可以实现无休止的清洁水供应，电池可以在几秒钟内完成整个充电周期并持续数天 – 甚至是太空电梯。

毫不奇怪，盖姆和诺沃谢洛夫因此被授予2010年诺贝尔物理学奖。

令人不安的二分法

石墨烯几乎被彻底地研究过，也许比历史上任何材料都重要。然而，经过二十年的研究，围绕着发展的令人不安的二分法：虽然围绕石墨烯特性的假设非常正确，但它们也非常具有误导性。

在现实世界的条件下，不可能在任何尺度上合成“原始石墨烯”（至少现在还没有）。此外，石墨烯生产已被证明是复杂和昂贵的。曾经被认为具有无限的商业和技术潜力，人们现在变得怀疑，并认为这种承诺更多的是幻想而不是现实。

事实上，周围的炒作可以说导致了更多的失望而不是满足。

历史中充斥着狂热的“真理”，这些真理最终被证明不仅具有误导性而且是错误的（例如，地球是平的，太阳围绕地球旋转，压力导致溃疡，等等）。然而，石墨烯的情况并非如此。

科学促进了对石墨烯的深入研究，以及识别它和理解其理论潜力的能力。然而，仅靠科学无法帮助实现这种潜力。

我们生活的时代是复杂和混乱的;不可能知道或预测一切。然而，随着时间的流逝，自然界中固有的秩序使自己变得清晰，而混乱通常会在消逝时消失。有些人能够看到这一点，但大多数人看不到。

查尔斯·达尔文、亚当·斯密和阿尔伯特·爱因斯坦的职业生涯表明，虽然他们不能总是完美地解释它，但他们比大多数人都更了解自然界中发现的秩序。

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定义科学

爱因斯坦的门生理查德·费曼（Richard Feynman）于1966年4月向美国国家科学教师协会（National Science Teachers Association）发表演讲，建议让学生像科学家一样思考——思想开放、好奇、持怀疑态度。

在整个讲座中，他提出了科学的定义，他说科学的定义基于多个阶段：地球上智能生命的进化 – 像猫这样的生物，它们玩耍并从经验中学习;人类的进化，他们开始通过语言进行交流，以交换知识并为子孙后代保存信息。

当然，错误的知识可以像正确的知识一样容易地传下去，所以还需要一个额外的步骤。伽利略和其他人对传下来的所谓真理有一些怀疑，并开始从一开始就从经验中探索真实情况是什么 – 结果，科学诞生了。

正如费曼所概述的那样，科学使人类能够清楚地看到宇宙中固有的秩序——基于这样一个事实，即我们思想开放，好奇，愿意怀疑我们已经知道的东西。

底部空间宽敞

1959年12月，费曼在美国物理学会发表了题为“底部空间充足”的演讲。费曼表示，演讲的中心焦点是“小规模操纵和控制事物的问题”。

它经常被引用为纳米技术的诞生，它仍然为研究人员提供了更好的理解我们周围世界的重要见解 – 并且在试图更好地理解石墨烯时非常有价值。

费曼在演讲中说：“我不怕考虑最后一个问题，即最终 – 在伟大的未来 – 我们是否能够以我们想要的方式排列原子……如果我们能按照我们想要的方式逐个排列原子，会发生什么？（例如，在实际限度内，你不能把它们放在化学上不稳定的地方。

费曼所描述的材料显然听起来像石墨烯，尽管它只是许多此类纳米材料中的第一种。

对于具有正确层的分层结构，我们能做些什么？如果我们真的能按照我们想要的方式排列原子，那么材料的性质会是什么？从理论上讲，他们会非常有趣。我看不出到底会发生什么，但我几乎不能怀疑，当我们在小规模上控制事物的排列时，由于这些物质可能具有的特性，我们将得到更大范围的事情。

理查德·费曼

虽然在短短几年内，今天的技术将被视为不切实际的粗糙，但一个人确实在月球上行走，技术比今天的智能手机更有限。

小尺度上的原子在大尺度上表现得像什么都没有，因为它们满足量子力学定律。所以，当我们下去摆弄那里的原子时，我们正在使用不同的定律，我们可以期待做不同的事情。

理查德·费曼

费曼想象中的“伟大未来”终于到来了。虽然这个未来仍然处于萌芽状态 – 就像石墨烯一样 – 但逐个排列原子的能力终于存在了。

General Graphene介绍

General Graphene的建立重点是释放石墨烯的潜力，并提供了一些明确（但微妙）的事实：

石墨烯不是一种“一刀切”的材料。与金属合金类似，它可以改善和操纵它的性能以满足特定应用的需求，并且将石墨烯与其他材料相结合通常会导致后者性能的显着改善。
批量生产石墨烯不仅是一个科学问题;这是一个工程问题。
任何新材料的第一步都是开发以较低成本有效批量生产的能力。“工业规模”一词是“低成本”的同义词。

一段时间以来，石墨烯一直是相当混乱的根源，这是由于两个化学上相同但物质上不同的品种的事实：

“自上而下”的石墨烯，来自剥落的石墨。
“自下而上”的石墨烯，通过化学气相沉积（CVD）合成。

同样，还有其他形式的碳，如金刚石和石墨，在化学上也是相同的，但从来没有人将它们混合在一起。虽然这两种类型的石墨烯通常被归类为相等，并且都具有相似的令人印象深刻的性能，但熟悉这两种类型的人都不会将它们混合在一起。

剥离石墨是一种黑色粉末，虽然通常被归类为“薄膜”，但每个颗粒的厚度通常小于几微米，标准测量单位是千克或克。相比之下，CVD石墨烯是一种透明的连续薄膜，可以用几纳米测量，标准测量单位是平方米或平方厘米。

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获得石墨烯

以前已经确定，通过应用普通的实验室“管式炉”，可以通过CVD获得最优质的石墨烯。这个过程非常简单。封闭的石英管充当反应室。

将催化金属基板（通常是铜箔或镍箔）定位到管中，并清除氧气以产生惰性气氛，同时将管加热到极端温度（>1，000°C）。

然后，以微量（即百万分之一）完成气态碳（例如，甲烷或CH4）的引入并脱氢（碳从氢气中分离出来），最终将自己沉积在催化金属箔上，产生连续的石墨烯膜。

然而，不幸的是，CVD过程在历史上一直很慢。由于石英管的尺寸有限，只能产生微量的石墨烯，每批都是一个独特而孤立的过程，而且非常昂贵。

换句话说，通过传统的CVD方法合成的石墨烯与现代工业工艺完全相反，现代工业工艺需要高产量，可重复和一致的结果以及低成本。

将批处理扩展到连续的生产线似乎是一个不可逾越的挑战，但与大多数良好的创新一样，简单性是克服问题的关键。

General Graphene的创建主要目标是将CVD转化为工业规模的工艺。如前所述，人们认识到，这是在满足商业化需求的同时降低成本的唯一适当途径。

General Graphene公司现在拥有专利的专有大气CVD工艺，能够以较低的成本制造卷对卷结构中的大批量，一致和高质量的石墨烯薄膜。General Graphene是唯一不使用石英管的石墨烯制造商。

General Graphene首次演示的方法在模块化中试生产机器上进行，并明确地进行了进一步的设计和改进，以实现可扩展性。

该生产机器的长度超过21米，可以生产300毫米宽的石墨烯薄膜，可以定制为任何长度（并且可以轻松缩放到更宽的宽度）。

该方法可以连续运行，因为在稳定状态下能耗显著降低。过程输入和输出几乎相同，后者含有微量的水蒸气和一氧化碳₂.在此过程中不使用刺激性化学品，生产过程中的所有内容都是可生物降解或可回收的。

推动创新

最后，石墨烯远非“一刀切”的材料。通用石墨烯的工艺有助于对石墨烯进行微调，以发挥给定应用所需的最佳性能。

General Graphene认识到它只提供了开发特定应用项目所需的一半解决方案的事实 – General Graphene了解石墨烯，但商业合作伙伴了解应用。

只有通过合作，才能开发出最好的解决方案来开发石墨烯的潜力，从而迎来石墨烯科学长期以来承诺的下一代产品。应用开发是一个持续的过程，需要耐心，但在尝试解锁真正独特的石墨烯解决方案时，却有巨大的希望。

General Graphene是快速，专注和灵活的，因为公司明白成本和性能的结合（而不仅仅是性能）必须协同促进创新。如果您有兴趣通过General Graphene释放石墨烯的潜力，请立即联系该团队的成员。

本信息来源，审查和改编自General Graphene公司提供的材料。

有关此来源的更多信息，请访问通用石墨烯公司。

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