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最后一方面,是石墨烯制备成本问题。由于无法量产,石墨烯制备成本也一直居高不下,成本昂贵也阻碍了下游市场的产业化步伐。此前石墨烯价格高达5000元/克,比黄金还贵10几倍。“那瓶貌不惊人的东西比黄金还贵,几克石墨烯粉末就价值几十万元人民币,我们坐飞机的时候都是分开几个人进行运送,怕被安检没收。”一名做石墨烯研究的创业公司曾经如此形容。
在加拿大,Grafoid和新加坡国立大学成立了世界最大的石墨烯研究中心(NUS),并且在2014年启动位于安大略省的全新生产基地,这个约占2万平方的基地主要生产石墨烯粉,当时,该公司负责人表示他们能以低廉的价格大规模生产高品质的石墨烯。不过,1年多过去,这个基地并未有任何新的消息。
所以,真正阻挠石墨烯大规模应用的,主要还是技术问题。其中低成本、大规模、高品质石墨烯的一致性和可重复合成方法的开发,是最大的困难。
人们耳熟能详的趣事,是安德烈˙盖姆用透明胶带得到了石墨烯。但人们不知道的是,这种方法得到的石墨烯尺寸很小,一般在10微米-100微米之间,存在产率低和成本高的不足,不能满足工业化和规模化生产要求。
后来,氧化石墨还原法是制备石墨烯最常用的方法之一。但这种方法得到的主要是石墨烯粉体,而且缺陷非常多,电学、力学性能都较差,需要用浓硫酸氧化石墨,其工业上废液的处理是一个难题。
此后,人们想到制备石墨烯未必要使用石墨,只需要设法让碳原子结成一层薄膜。化学气相沉积法(CVD)应运而生,这种方法是将乙烯或乙炔等气体导入到一个反应腔内,让这些气体在高温下分解,经过冷却后,碳原子就沉积在基底表面形成石墨烯。虽然CVD能满足规模化制备大面积、高质量的石墨烯要求,但问题是,由于其成本较高和工艺复杂等缺点,限制了这种方法在石墨烯制备中的应用。
由于制备方法上巨大的差异,石墨烯粉体和CVD薄膜之间的价格也要相差上千倍。例如1克石墨烯粉体只需要不到10元,而1平方米石墨烯薄膜要几十元到上百元,其重量其实不到1毫克。
还有一种主要方法——溶剂剥离法。由于整个液相剥离的过程没有在石墨烯的表面引入任何缺陷,为其在微电子学、多功能复合材料等领域的应用提供了广阔的应用前景,缺点同样是产率很低。
因此,从应用的角度,石墨烯目前在国内外都是在讲故事的阶段。“除此之外,目前石墨烯在消费电子产品中的尺寸、均匀性和可靠性等工业标准还未确定,因此石墨烯在消费电子产品上的实际用途还未显示出来。”朱宏伟认为,石墨烯目前可以在实验室中做小规模器件,但批量生产与集成质量没法保证。“起码现在还看不到希望。”
事实上,就连盖姆本人,对现在石墨烯目前的这种商业化方式也存保留意见,盖姆认为石墨烯是一个引子,带动了更广泛二维材料的发展。但对于石墨烯来说,从物理学的角度,已经到了一个瓶颈,未来除非有更大的突破,很难有进一步的提升。
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