卷对卷CVD石墨烯聚合物复合材料的突破

GG 3.0的全景拍摄，这是通用石墨烯专有的工业规模CVD石墨烯生产系统的第三次迭代。

石墨烯与聚合物的关系

自2004年发现石墨烯以来，它经常被讨论与聚合物有关的问题。将石墨烯纳入聚合物以及由此产生的最终应用取决于几个因素——例如石墨烯的类型、使用的聚合物衬底和使用的石墨烯生产技术，仅举几例。

化学气相沉积（CVD）石墨烯是一种单原子厚的碳层，通常生长在金属催化剂材料的表面——铜是用于单层CVD石墨烯生长的最常见生长底之一。CVD石墨烯转移已被证明是在某些应用中使用的必不可少的制造步骤（Bahri等人，2021年），当涉及到聚合物时，在大多数情况下，需要一个转移步骤。

由于CVD石墨烯的基底依赖行为，底层聚合物在确定产生的CVD石墨烯聚合物复合材料的各种特性（如热或电）方面发挥着至关重要的作用。通常，一种不间接使用CVD石墨烯的化学和热稳定性聚合物，当被纳入聚合物中时，最好利用CVD石墨烯的特性。CVD石墨烯聚合物复合材料可以用作导电涂层、传感元件，并开发各种柔性电子设备。

CVD石墨烯转移的挑战

尽管整个行业的CVD石墨烯转移取得了进展，但有几个挑战阻碍了实现大面积CVD石墨烯转移的可扩展过程。这些包括-批次规模限制，很难获得基本上不含污染物的CVD石墨烯，高运营和投入成本，使用苛刻的化学品，以及由于转移诱导的撕裂而在CVD石墨烯表面引入缺陷（Chen等人，2016年）。用于CVD石墨烯最常见的转移方法是氧化脱钩和湿蚀刻转移——这是以卷对卷格式测试的批量比例过程。然而，这两种过程都耗时且化学密集，以卷对卷格式实施，因此扩展它们具有挑战性和成本。

虽然已经广泛讨论了无转移或直接生长生产方法，以减轻CVD石墨烯转移的挑战，但主要瓶颈是CVD石墨烯只能直接在某些催化底物上生长。例如，硅上CVD石墨烯的直接生长受到晶体质量差和高生长温度要求的阻碍（Avishan等人，2021年）。

卷对卷CVD石墨烯转移的进展

General Graphene专有的卷对卷CVD石墨烯转移系统的输出视图。

卷对卷转移仍然是大多数制造CVD石墨烯的公司的目标，但大多数公司发现该技术难以扩展和完美。General Graphene在卷对卷CVD石墨烯生产和传输技术方面取得了多项进展，以直接解决以可复制质量为特定终端应用量身定制的具有成本效益地生产大量CVD石墨烯薄膜的挑战。

2022年底，General Graphene完成了在线涂层系统与GG 3.0的集成，这是其专有的卷对卷化学气相沉积（CVD）生产系统的第三次迭代。这个集成系统使General Graphene能够将各种薄聚合物薄膜涂在CVD石墨烯催化剂基材上。在产生的聚合物对聚合物的石墨烯输出离开GG 3.0生产之前，薄聚合物薄膜涂层也可以固化和层压。输出直接输入General Graphene的卷对卷CVD石墨烯转移系统，其中聚合物上的石墨烯与催化剂材料表面分离。

General Graphene的卷对卷CVD石墨烯转移系统已成功用于在聚合物上转移数十平方米的卷对卷CVD石墨烯，并可以在聚合物上转移数百平方米的卷对卷CVD石墨烯。此外，该系统的化学足迹非常小，因此大规模实施更容易，成本更低。

一旦石墨烯与聚合物分离，General Graphene也能够成功重复使用铜箔（其主要催化剂材料）。被提到，催化剂材料的再利用能力是实现可扩展的CVD石墨烯大规模生产的关键驱动力（Bahri等人，2021年），General Graphene在这一领域的进步在推动其直接生产成本比行业标准低2到3个数量级方面发挥了至关重要的作用。

大面积CVD石墨烯聚合物复合材料的影响

在General Graphene，我们一直认为人类从来就不应该处理纳米级材料。这种信念一直是我们努力实现CVD石墨烯转移自动化的主要驱动力，这种方式允许大面积、缺陷最小、化学足迹、CVD石墨烯的卷对卷转移。

我们的CVD石墨烯生产和转移系统都已配置为支持在PMMA、EVA、PI等各种聚合物上开发大面积卷对卷CVD石墨烯薄膜。General Graphene在CVD石墨烯的卷对卷合成和转移方面的进步代表了前所未有的突破，并为以大容量和低成本开发CVD石墨烯聚合物复合材料铺平了道路。为了提供一些背景，在与传感器应用兼容的聚合物上使用CVD石墨烯的单位成本从几美元增加到一小部分美元——代表了CVD石墨烯聚合物复合材料商业化的范式转变。

参考文献：

Avishan N, Hussain N, Nosheen F (2021) Large-scale Graphene Production and Transfer for Industrial Applications.Materials Innovations 2 (1), 15-25.

Bahri, Mohamed & Shi, Biao & Khouloud, Djebbi & Elaguech, Mohamed Amin & Zhou, Daming & Ali, Mounir & Tlili, Chaker & Wang, Deqiang. (2021). Toward clean and crackless polymer-assisted transfer of CVD-grown graphene and its recent advances in GFET-based biosensors. Materials Today Chemistry. 22. 10.1016/j.mtchem.2021.100578

Chen, Gong, X., & Gai, J. (2016). Progress and Challenges in Transfer of Large‐Area Graphene Films. Advanced Science, 3(8), 1500343–n/a. https://doi.org/10.1002/advs.201500343