劉忠范：石墨烯產業切勿重演大煉鋼鐵運動(4)
必經之路：標號石墨烯薄膜
標號石墨烯薄膜
標號石墨烯薄膜是石墨烯產業發展的必經之路。不斷提升石墨烯材料的質量，無限接近理想狀態，是石墨烯產業發展的基礎和原動力。實際上，從2009年的第一篇石墨烯生長文章至今，已逾七年時間。盡管大家還沒有提出這樣一個概念，但是一直在朝著這個方向努力。
例如，單晶疇區尺寸，最初只有十微米左右，現在可以做到一英寸左右的大小，而且還有很大的提升空間。可以想像，隨著疇區尺寸的增大，性能也逐漸提升，用途自然越來越廣闊。在銅箔表面生長石墨烯，是一大堆單晶疇區拼接起來的多晶薄膜，就像一件破衣服。利用表面工程學方法，用三聚氰胺把銅箔表面的活性中心鈍化，這樣就可以大幅度減少成核中心的數量，從而長出厘米尺寸的大單晶石墨烯來。載流子遷移率是表征石墨烯質量的好辦法。通常石墨烯薄膜的遷移率做到5000以上就不錯了，我們的三聚氰胺鈍化技術可以做到16000以上，質量非常高。
快速生長也是制備高質量標號石墨烯薄膜的重大挑戰。“慢工出細活”，要想長得好，通常就得慢慢長。我們發明了梯級供料和成核后鈍化技術，大幅度提高了動力學率，這樣毫米級的單晶生長速度可以比普通方法快五十倍。利用我們發明的空間限域生長技術，可以進一步提高碳源分解速度，使得生長速率達到每分鐘三百微米。
我們不僅僅滿足于實驗室規模的石墨烯生長，還在致力于發展規模化的批量制備技術。這是我們的第二代生長裝備，每臺年產能可達兩萬平方米。
長在銅箔上的石墨烯薄膜，使用時需要剝離下來轉移到其他支撐襯底上，例如塑料薄膜上。這件事情也不容易，因為就一兩個原子層厚度。我們也在做各種各樣的嘗試，我們發展的卷對卷轉移技術可以實現規模化的轉移，而且利用熱水即可，綠色環保。
石墨烯材料的新星：三維粉體石墨烯
三維粉體石墨烯其實我們已經做了好幾年，或許會成為石墨烯材料領域的新星。
什么叫做三維粉體石墨烯呢？
實際上，傳統的粉體石墨烯含有氧、氫、氮等很多雜原子，并不是嚴格的純碳石墨烯，質量很差。盡管成本比較低，但是環境污染非常嚴重，產生大量的廢液。另外，粉體石墨烯在使用時通常需要分散到液體中，由于很強的片層之間的相互作用，特別容易團聚，這也是粉體石墨烯應用的技術挑戰。
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