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2010年,安德烈˙盖姆和康斯坦丁˙诺沃肖洛夫两位物理学家因获取和应用石墨烯的研究,获得当年的诺贝尔物理学奖,但他们首次从石墨中剥离出石墨烯的方法毫无科技含量可言,除了必备的石墨块,剩下的工具只是几卷透明胶带。
没错,就是生活中再普通不过的胶带。整个过程也有些阴差阳错,盖姆教授最初只是想得到尽可能薄的石墨薄膜,但他手下的一位中国博士生用传统的抛光机打磨到极限,得到的石墨薄膜仍“厚”达10微米,足足相当于1000层石墨烯的厚度。
无奈之下,盖姆看到了手边的透明胶带,石墨具有完整的层状特性,为什么不试试按层剥离?
于是,盖姆用透明胶带在石墨块上粘了一下,这样石墨层就黏在了胶带上,再把胶带对着黏一下拉开,石墨层就变薄了,继续用胶带反复黏,石墨层越来越薄,最终获得了只有一层碳原子的石墨烯。
正是因为胶带作出的“巨大贡献”,盖姆和诺沃肖洛夫获得的奖项也被开玩笑为“胶带成就的诺贝尔奖”。不过这种“土”办法虽然简单,生产效率却实在低下,一个人花上一天时间,才能制出一小片石墨烯,远不能满足工业化和规模化的需要。
事实上,自2004年首次剥离出石墨烯至今,在全球业界几乎狂热的追捧和研究下,已出现了各种各样的石墨烯制备技术,比如化学气相沉淀法、氧化还原法、溶液分离法、光照还原法、微波法、电化学法,等等。
这其中,化学气相沉淀和氧化还原是两种比较主流的技术方法。前者是在金属表面生长出单层率很高、面积很大的石墨烯薄膜材料,后者是将天然石墨通过氧化还原反应形成石墨烯粉体。
但不管是化学气相沉淀还是氧化还原法,需要的额外制备材料成本都不低,而且过程复杂,这导致石墨烯成品的成本一直居高不下,所制成的石墨烯还或多或少会存在一定的拓扑缺陷或者结构缺陷,大大影响了石墨烯的导电特性。
当然,这个问题也被各国科研机构和企业视为机遇所在,正因为全球都没有现成的技术和经验,大家都处于同一起跑线,那么谁能率先掌握核心技术,实现石墨烯的产业化应用,就有可能率先抢占新型纳米工业时代的入口。
在官方的宣传中,2014年2月的新制备方法自称已有望实现大批量规模生产,如果真的已解决工艺和成本问题,它就将有望成为一个石墨烯全面产业化的破局点。
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