探索CVD石墨烯應(yīng)用開發(fā)的未知領(lǐng)域

General Graphene 討論了將石墨烯從實驗室?guī)氍F(xiàn)實世界的高度復(fù)雜過程。

石墨烯——有史以來第一種二維納米材料——于 2004 年由 Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 分離和表征，他們因此獲得了 2010 年諾貝爾物理學(xué)獎。現(xiàn)在是 2022 年，石墨烯仍未進(jìn)入現(xiàn)實世界和幾個大問題仍然留在每個人的腦海中。石墨烯具有驚人的特性，但它的用途是什么？如果石墨烯這么好，為什么沒有人在現(xiàn)實世界中使用它？什么花了這么長時間，石墨烯的下一步是什么？

每一種新材料或創(chuàng)新都會經(jīng)歷一個膨脹的期望和幻滅的循環(huán)，隨后重新調(diào)整期望并達(dá)到生產(chǎn)力的穩(wěn)定狀態(tài)。石墨烯即將進(jìn)入生產(chǎn)力的高原，但石墨烯行業(yè)仍籠罩著迷霧和不確定性。

一種材料？

迄今為止，大多數(shù)市場都將石墨烯視為一種材料，并且?guī)缀跬耆珜⑵渑c顆粒形式聯(lián)系在一起——通常稱為氧化石墨烯、還原氧化石墨烯或石墨烯納米片。

在花了七年時間研究石墨烯并成功找到大規(guī)模生產(chǎn)它的方法之后，我們了解了有關(guān)這種材料的某些知識，這有助于闡明它是什么，不是什么。

石墨烯是一系列碳基納米材料，具有各種原子和物理結(jié)構(gòu)配置——最流行的形式是顆粒和薄膜。

石墨烯不是一種適合所有材料的材料，要將石墨烯應(yīng)用于各種應(yīng)用，生長過程必須具有適應(yīng)性，并且根據(jù)最終應(yīng)用涉及多個優(yōu)化和功能化步驟。

從中得出的最重要的結(jié)論是，石墨烯的特性取決于幾個因素——層數(shù)、缺陷密度、使用的基板、晶體尺寸和摻雜劑的使用。這意味著擁有適應(yīng)性強(qiáng)的工藝對于為特定的最終應(yīng)用定制石墨烯的特性至關(guān)重要。當(dāng)然，不可擴(kuò)展且具有成本效益的適應(yīng)性流程只能解決三分之一的問題。

石墨烯：除了離開實驗室，它無所不能

石墨烯行業(yè)的每個人都非常熟悉這種說法，回顧過去二十年，石墨烯不幸落入了我們都聽到和讀到的小眾技術(shù)領(lǐng)域。他們聲稱能夠?qū)崿F(xiàn)革命性的和改變世界的突破，但出于某種原因，他們看不到曙光，也從未進(jìn)入現(xiàn)實世界。

當(dāng)石墨烯被發(fā)現(xiàn)時，人們很快將其稱為“神奇材料”和世界上最強(qiáng)、最薄、導(dǎo)電性最強(qiáng)的材料。這些特性確實存在，但僅限于納米級，并且不容易擴(kuò)展到人類尺寸。即使在納米尺度上——雖然仍然很出色——石墨烯的特性也達(dá)不到過去十年中普遍存在的不合理炒作水平。

重點是石墨烯是什么，而不是它能做什么。事實上，由于這種關(guān)注點的偏差，人們對石墨烯的理解最終被扭曲和誤導(dǎo)了。這在今天的市場上仍然很明顯。大約 90% 的了解石墨烯的人認(rèn)為它是一種材料，并將其與顆粒聯(lián)系在一起——最常見的是黑色粉末。此外，市場上幾乎每個人都認(rèn)為石墨烯是一種“萬能”的材料，其特性可以在廣泛的應(yīng)用中得到一致應(yīng)用。

世界還沒有接觸過納米材料，這意味著理解和應(yīng)用石墨烯的特性是一項學(xué)習(xí)曲線陡峭的任務(wù)——由于公眾對石墨烯的期望和解釋而變得更加困難。

唯一的解決辦法是建立石墨烯作為一種材料的可信度，并采取措施擴(kuò)大最初的研究工作。這取決于能否獲得大量具有成本效益的石墨烯，并具有一致且可重復(fù)的質(zhì)量。

不幸的是，事實證明大規(guī)模生產(chǎn)很困難，這意味著收集石墨烯在實際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)和證據(jù)是一項艱巨的任務(wù)。對于使用化學(xué)氣相沉積 (CVD) 制造的石墨烯薄膜來說尤其如此——該工藝僅限于石英管式爐，因為它們在真空條件下運行非常耗時，而且只能產(chǎn)生小批量的石墨烯。

許多人放棄了石墨烯，并聲稱由于大規(guī)模生產(chǎn)的難題，它永遠(yuǎn)不會進(jìn)入現(xiàn)實世界。對于使用化學(xué)氣相沉積法制造的石墨烯薄膜，大規(guī)模生產(chǎn)的可能性要小得多，因為即使是諾貝爾獎獲得者也表示無法做到。

從實驗室到工廠

2017 年，General Graphene 成功調(diào)試了 GG 1.0——這是一個概念證明，展示了在大氣條件下制造 CVD 石墨烯的能力。這是一項前所未有的成就，因為 CVD 工藝僅限于真空條件 - 它點燃了實現(xiàn) General Graphene 的目標(biāo)的火花，即為各種終端應(yīng)用制造可擴(kuò)展、適應(yīng)性和成本效益高的 CVD 石墨烯。

GG 2.0——一條中試生產(chǎn)線——于 2019 年投入使用，并在放大條件下證明，在大氣條件下制造 CVD 石墨烯是實現(xiàn) CVD 石墨烯可擴(kuò)展大規(guī)模生產(chǎn)的可行途徑。

GG 2.5——一種迭代設(shè)計——在 GG 2.0 之后不久投入使用。不幸的是，這個系統(tǒng)沒有按預(yù)期工作，但 General Graphene 能夠從中吸取一些重要的教訓(xùn)：

* 失敗只會為我們的成功打開其他途徑；* 失敗是不可避免的：關(guān)鍵是要從失敗中快速學(xué)習(xí)，并快速且廉價地失敗。

我們從 GG 2.5 中吸取的教訓(xùn)被傳承下來并輸入到我們當(dāng)前的 CVD 石墨烯制造系統(tǒng)——GG 3.0——這是一個工業(yè)規(guī)模的系統(tǒng)，能夠以一致且可重現(xiàn)的質(zhì)量高效地生產(chǎn) CVD 石墨烯，適用于一系列應(yīng)用。GG 3.0 是當(dāng)今世界上唯一能夠以行業(yè)兼容的價格和一致且可重現(xiàn)的質(zhì)量實現(xiàn) CVD 石墨烯真正工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的系統(tǒng)。General Graphene 開發(fā)了數(shù)千種石墨烯生長配方，具有調(diào)整石墨烯特性并針對廣泛應(yīng)用正確優(yōu)化的能力和經(jīng)驗。此外，General Graphene 在將石墨烯轉(zhuǎn)移到各種表面上的經(jīng)驗意味著它已經(jīng)在比世界上任何其他公司更多的表面上生長和轉(zhuǎn)移石墨烯。

通過多種質(zhì)量控制和優(yōu)化技術(shù)構(gòu)建真正適應(yīng)性強(qiáng)的工業(yè)規(guī)模工藝，使 General Graphene 能夠為各種終端應(yīng)用制造 CVD 石墨烯。自成立以來一直與應(yīng)用無關(guān)，General Graphene 的重點僅集中在 CVD 石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)上，并作為一家純粹的石墨烯鑄造廠。這種方法使 General Graphene 能夠最大限度地發(fā)揮石墨烯作為一種令人難以置信的多功能材料的潛力，并通過提供為特定終端應(yīng)用量身定制的石墨烯來迎合不同市場的客戶。隨著 GG 3.0 的調(diào)試和全面商業(yè)運營的準(zhǔn)備，石墨烯商業(yè)化應(yīng)用的最大障礙已經(jīng)解決——以一致和可重復(fù)的質(zhì)量進(jìn)行具有成本效益的大規(guī)模生產(chǎn)。

就其廣泛的應(yīng)用潛力和它可以幫助創(chuàng)造的新市場而言，石墨烯的路線圖一直令人驚嘆。然而，由于進(jìn)展緩慢，它也一直受到科學(xué)界許多人的懷疑。

歸根結(jié)底，任何新材料的成功在很大程度上取決于能否以與最終應(yīng)用兼容的價格、數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。石墨烯有能力創(chuàng)造幾個比材料本身大得多的新市場——就像硅一樣。憑借七年為多種應(yīng)用制造和優(yōu)化 CVD 石墨烯的經(jīng)驗以及世界上第一個商業(yè)規(guī)模的 CVD 石墨烯生產(chǎn)系統(tǒng)，General Graphene 有信心成為 CVD 石墨烯商業(yè)化背后的推動力，并最終將其帶出實驗室并進(jìn)入現(xiàn)實世界。

審核編輯 ：李倩