石墨烯工藝瓶頸有望攻克

圖片說明：研究人員正在展示石墨烯制成品

石墨烯高峰論壇近日在深圳召開，石墨烯這種神奇的材料再次引發(fā)了全世界的關(guān)注。各國爭相研發(fā)，期待它在觸摸屏、傳感器、電子通訊等領(lǐng)域的應(yīng)用，改變?nèi)祟愇磥淼纳睢?/p>

石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)，具有高導(dǎo)電、高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱等特點的新型納米材料。專門研究、生產(chǎn)石墨烯的企業(yè)——唐山建華實業(yè)集團(tuán)總裁孟英介紹：“石墨烯是已知的世界上最薄、最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，石墨烯材料的導(dǎo)電性能是銅的10倍至100倍。”

在建華實業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)基地，記者領(lǐng)略了這種“神奇材料”——石墨烯微片是一種像棉花一樣的黑色絮狀物，極輕，盛滿一個50升的白色塑料桶僅重180克。

和很多業(yè)內(nèi)專家一樣，孟英非?？春檬┰?a href="http://www.msthinker.com/" target="_blank">能源領(lǐng)域的應(yīng)用。公司的科研團(tuán)隊正在進(jìn)行石墨烯基超級電容和電池的研發(fā)。在建華實業(yè)集團(tuán)科研中心，研究人員給記者現(xiàn)場演示了石墨烯電容器快速充放電的實驗，記者看到一小塊由石墨烯制作的電池充放電只需15秒鐘。

孟英介紹，石墨烯電池一旦問世，有望將電池容量增加1.5倍，充電時間縮短至幾分鐘，使用石墨烯基超級電容替代電池，充放電時間最短甚至可以達(dá)到幾秒鐘。這也就意味著，如果將其應(yīng)用到電動汽車領(lǐng)域，不僅增加了行駛里程，而且充電比加油時間還快。

石墨烯“出道”雖短，但它是世上最薄、強(qiáng)度最高的材料，只有0.34納米厚，20萬層石墨烯疊加起來的厚度大概等于一根頭發(fā)絲的直徑。它比鉆石還堅硬，強(qiáng)度比世界上最好的鋼材還要高上100倍。該材料透光率在97%以上，石墨烯一系列神秘的特殊性讓人們對它的應(yīng)用充滿幻想。

石墨烯在電子、航天、軍工、新能源、新材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用潛力：憑借石墨烯優(yōu)良的電學(xué)性能，它將是最具潛力取代硅制作超微型晶體管的新型材料，未來計算機(jī)的運行速度有望提高10至100倍;其輕盈堅韌的特性，又是制作超輕防彈衣、超輕飛機(jī)材料的首選;此外，這種新材料也可取代碳纖維用于船身和自行車車身;一些研究人員表示石墨烯甚至可以取代硅，用于制造電腦芯片。未來，一張石墨烯信用卡存儲的信息量可相當(dāng)于今天的電腦。

但以上種種可能性，都在目前的制造工藝面前遇阻。從發(fā)現(xiàn)至今已逾10年，石墨烯替代硅的晶體管大規(guī)模制造工藝依舊沒能成型。由于石墨烯提取過程復(fù)雜，成本居高不下，目前，還沒有一款石墨烯產(chǎn)品問世。

據(jù)了解，目前業(yè)界主要有化學(xué)氣相沉積法、氧化還原法、熱解碳化硅法等石墨烯批量制備技術(shù)，常見的石墨烯大部分都是由石墨片剝離而成，全球只有少數(shù)幾家企業(yè)可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。一克石墨烯價格在800元左右，只有將生產(chǎn)成本降低，才能使石墨烯更廣泛地應(yīng)用到各個領(lǐng)域中。

“我們率先研發(fā)出一種新的石墨烯制備方法，適用于低成本大批量規(guī)模生產(chǎn)。”孟英介紹，自去年年底，建華實業(yè)在河北省投產(chǎn)首條年產(chǎn)50萬克石墨烯粉性生產(chǎn)線之后，目前一條年產(chǎn)100噸的粉性生產(chǎn)線正在緊張組裝中，將于今年6月底正式投產(chǎn)。

從2009年開始，孟英和他的科研團(tuán)隊在石墨烯氧化還原法的基礎(chǔ)上獨辟蹊徑，對已有制備技術(shù)進(jìn)行了變革，終于設(shè)計出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)工藝和裝備，使大規(guī)模生產(chǎn)成為現(xiàn)實。

孟英介紹：“年產(chǎn)100噸粉性生產(chǎn)線建成以后，我們生產(chǎn)的石墨烯成本將降到1克100元，成本的大幅降低，將會使石墨烯更多地應(yīng)用到相關(guān)產(chǎn)品上。”