利用Avadain的突破性技术释放石墨烯革命

作者：Akanksha Urade
（IIT Roorkee和Graphene & 2D Materials Science Writer的博士学者）

自2004年分离以来，石墨烯的商业化一直是纳米技术界的聚光灯下。随着多种商业上可行的产品已经推出，很明显，全球石墨烯市场在2021年达到了拐点。随着对高质量石墨烯的需求迅速上升，这一大趋势正处于蓬勃发展的边缘。

石墨烯商业化的障碍

石墨烯在高价值产品中商业化的最大障碍之一是在工业规模上缺乏具有成本效益，无缺陷和高质量的石墨烯。

根据最近发表的一项质量评估调查，市场上大多数商业制造的“石墨烯”并不是承诺的单层或几层石墨烯片（1-10原子层）。相反，这些纳米材料是石墨（超过1000个原子层）和其他纳米碳质颗粒或杂质的混合物，其性质与石墨烯完全相反。因此，95%的市场甚至不是石墨烯;这只是一个营销词。从长远来看，这将损害石墨烯市场，影响分销链的其余部分。

另一个主要障碍将是在未来3-5年内实现批量生产，并降低成本以提高其商业吸引力。石墨烯委员会估计，在未来几年内，石墨烯的需求量可能会达到30万-60万吨。其中，估计10%-15%的需求将用于高价值用途的高质量石墨烯。

石墨烯薄片-21世纪的新兴大趋势

薄片是超过80%的高价值应用的首选外形尺寸，包括电动汽车电池、可再生能源、传感器、太空探索、医学和各种其他应用。然而，没有以实惠的价格提供大型，薄（1-10原子层）和无缺陷的石墨烯薄片的商用供应。工业规模生产高质量石墨烯薄片是一个利基市场，几乎没有任何先进材料制造商集中精力。

此外，重要的是要认识到，如果石墨烯薄片小于30μm²，它们越小就会变脆并缺乏机械强度，使它们不适合作为添加剂或替代结构坚固的复合材料。因此，一旦工业数量价格合理的高质量石墨烯出现，对石墨烯薄片的需求预计将飙升。

Avadain 的突破性技术

Avadain已经成功地展示了一种突破性的、可扩展的、环保的制造工艺，能够以合理的成本生产大型（平均应用55-100 μm²）、薄（平均1 nm）和几乎无缺陷的石墨烯薄片（2-5原子层）。Avadain技术使用优化的电化学剥落和膨胀来分离石墨层，以产生单层至几层石墨烯薄片，缺陷非常少，收率大于70%。

关键创新是，在电化学剥落过程中，施加高负电位（约-60 V），导致石墨层之间电解质中极性溶剂的插层和分解。这会产生巨大的压力，克服石墨层之间的范德华吸引力，并驱动板材剥落成薄片。

更重要的是，在剥落过程中，石墨烯薄片被部分氢化，以帮助将石墨剥落成低缺陷的石墨烯薄片。这与流行的悍马工艺形成鲜明对比，后者使用非常强且对环境不利的氧化性化学物质将石墨剥落成氧化石墨烯薄片，其中有太多难以去除的过氧化缺陷。

扩大技术规模，实现大规模生产

位于德克萨斯州圣安东尼奥的西南研究所正在将Avadain的技术从批量扩展到连续流动。该公司获得了松下的早期投资。它最近从美国商务部获得了377万美元的项目资金，作为一个为期两年的项目的一部分，将其环保石墨烯片状制造技术扩大到大规模生产。

石墨烯薄片的首次商业生产将于2024年年中上市，每条生产线的年产能为两公吨，即每天7-10公斤。

迈向更光明的未来

Avadain旨在通过将其技术授权给对高质量石墨烯有关键任务需求的先进材料和企业来催化石墨烯革命。