刘忠范 北大化学院彭海琳、刘忠范在《Nature》期刊：工业化石墨烯综合挑战( 二 )
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工业化石墨烯出现的问题
石墨烯产品的商业化基于石墨烯的工业生产，特别强调质量，成本，再现性，可加工性和安全性。生产过程的产业化不是简单算术的问题：当从实验室规模转向中试规模并最终转向工业化时，会出现新问题。
对于石墨烯纳米薄片的大规模生产，结构特征对制备参数和加工设备高度敏感，导致工业规模可控性差。改善石墨烯产品的质量控制至关重要。根据最近对市场上可获得的石墨烯薄片产品的研究，最终产品的实际石墨烯含量低于50％，sp2键含量低于60％，污染程度高。石墨烯纳米薄片以绿色和安全的方式生产，储存，运输和应用将在工业规模上具有重要意义。
对于CVD石墨烯薄膜的工业生产，在B2B工艺中，提高生产能力的明显策略是使CVD室中金属箔的总表面积最大化以用于石墨烯生长，这通常通过扩大CVD设备来实现。或者通过有效堆叠金属箔。高温B2B工艺通常会导致生长速度延迟并导致产量低：高质量石墨烯的生长可能需要数小时甚至一整天。因此，它面临着质量和生产率之间的技术权衡两难。
【刘忠范 北大化学院彭海琳、刘忠范在《Nature》期刊：工业化石墨烯综合挑战】Cu箔仍然是大量生产的石墨烯膜的最流行的衬底，但是它也被广泛接受的是，铜/镍合金提供了独特的优点，使层和区域尺寸的数量的控制，并实现快速增长。以低成本生长高质量石墨烯的能力将进一步促进该合金基板的制造技术的发展。最佳基材将由衍生石墨烯的质量和性能，成本和可加工性综合决定。
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标准化技术
石墨烯技术标准化的一个重要步骤是石墨烯联合术语标准，它明确定义了内在结构信息，如缺陷，层数，堆叠顺序，晶界，薄片尺寸，畴尺寸，表面污染和掺杂。这些特征数据在许多关于石墨烯的论文中都有报道。但是，所选数据中传达的计算方法和信息差别很大。例如，对于TCF中的应用，其中连续石墨烯膜中的畴尺寸的均匀性和平均值确定最终导电率，广泛报道的最大隔离域的尺寸不足以提供信息。因此，非常需要石墨烯性质的统一且特定于应用的定义。
另一方面，具有明确和可重复过程的统一测量标准对于以可重复的方式比较不同的石墨烯产品是至关重要的，甚至可以比较使用不同技术的特征。标准化技术还应涉及与性能相关的参数，例如载流子迁移率，电导率，透明度，润湿性，机械强度和导热率，并且这些性质的等级应该是特定应用的。就其在TCF中的应用而言，在制造这种薄膜和建立相关标准时应优先考虑导电性和透射率。在生产适用于固态电子器件的晶片级芯片级石墨烯单晶中，高载流子迁移率和改善的接触性更受重视。对于石墨烯在TEM样品载体中的商业应用，清洁度，机械性能和润湿性成为需要仔细检查的重要参数。
反过来，对石墨烯社区中的分级系统的认识将最终促进石墨烯产品的稳定工业生产的发展。了解结构 - 性质关系将有利于优化生长和加工参数，以合理的成本生产分级石墨烯产品。
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石墨烯应用
除了石墨烯合成的改进之外，未来石墨烯工业的驱动力还在于发现石墨烯的独特应用，其中石墨烯的功能和贡献是不可替代的。虽然石墨烯提供了引人注目的性能，并且之前对某些工业应用给予了高度期望，但与现有材料技术相比，石墨烯产品进入市场的成本受到相对高成本和不可重复性能的阻碍。石墨烯行业仍在等待石墨烯的独特应用。
文章图片
图3、石墨烯应用。
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