石墨烯易产难用!

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日前,接受记者采访的两位石墨烯行业知名专家认为,石墨烯量产并非难事,而如何应用才是这个产业真正面临的难题。

 

“就石墨烯而言,近年来国内进展还是比较快,包括成立石墨烯产业联盟,这对国内石墨烯产业发展的支持力度比较大。但石墨烯的应用还面临很多难题,今后很长时间内还会处在探索阶段。”清华大学退休教授沈万慈表示。与此同时,浙江大学高分子系教授高超称,规模化生产线的相继投产说明,量产基本上没有问题了,也不是瓶颈问题,关键是后面的应用。

 

在国内石墨烯行业,沈万慈和高超两位教授颇具影响力。前者是业内公认的碳材料专家、同时还是中国非金属矿工业石墨协会专家委员会主任委员。高超的研究成果“碳海绵”,打破最轻固态材料的世界纪录。今年年初,“碳海绵”一经面世,A股市场的石墨烯股概念犹如获得兴奋剂,纷纷上涨。

 

目前,石墨烯从制备工艺大概分两种,一种是化学气相沉积(CVD)法、一种是剥离法。通常所说的石墨烯,为单层石墨烯片,是指用CVD法制做出结构比较完整的石墨烯片,而通过剥离方法做出的石墨烯,有单层,但更多的是多层。所以,剥离法生产的石墨烯,又称“微片石墨烯”、“小片石墨烯”。

 

在两位专家眼里,石墨烯量产并非难事。据介绍,在2004年英国科学家发现石墨烯之前,油印纸膜可以视为“简易版”的石墨烯,沿着油印纸膜查找出一条空隙,然后加入高分子硫酸,加热硫酸会气化,硫酸体积变大就会胀开,胀开后的微片,也可以视为多层石墨烯。

 

“现在国内的剥离方法,实际上就是分离得更加厉害。目前,天然石墨不贵,物理分离、粉碎又不缺设备,或者根据市场上现有设备稍微改装就可用。”在沈万慈看来,微片石墨烯制作工艺是一件很简单的事情。

 

石墨烯前景很广,它可以做用于纳米级的集成电路、高强材料等。让石墨烯能够发挥强度作用,就需要有一定的尺度。所以,大片石墨烯,是石墨烯行业未来的方向,也是石墨烯行业的难点。

 

沈万慈表示,用剥离方法做成的石墨烯,是很小的微片,要把它拼成大片,在实验室里可以自己组装,但这个难度比较大。就像把很多小布片拼成大床单,难度很大。目前,用剥离法做出来的石墨烯用途很小,除非是把微片拼成大块,而且还要不留痕迹,但每一片微片石墨烯在结构上都不一样,如何找到接头的地方,又如何抹平连接处,这个就比较有难度了。

 

如果说,大片单层石墨烯是行业亟待解决的难题,那么突破这个难点后,还需面临市场检验。

 

“石墨烯可以代替硅,也可以应用于触摸屏、汽车电池,但这只是理论可以,实际上还要做大量的工作。”对于石墨烯的应用,高超不太乐观地指出,即使石墨烯材料生产出了性能优异的产品,但至少还有风险,哪怕5%的风险,都会影响下游的需求。

 

今年年初,高超教授进行了石墨烯材料的应用探索,即基于石墨烯和碳纳米管两种纳米材料研制出“碳海绵”,该产品被称为是吸油能力最强的材料之一。而对于该产品的市场化,高超称,计划5~10年才能实现工业化应用,甚至不排除永远只是学术上的突破。

 

沈万慈称,要替代原来的材料,就得看性价比。用CVD方法做成的大片石墨烯,目前的成本还比较高,要形成市场还需要时间;微片石墨烯,工业化生产成本比较低,门槛也并不高,现在也有一些市场应用,还在试用阶段,比如做正负极活性材料导电体就有一定的需求,但这个需求量到底有多少并不清楚。其他比较有前景的应用领域,比如复合材料、高分子材料等,目前还没有出来真正的产品,也没有形成一个真正的市场。