石墨烯產業化仍待攻克製備與應用的關鍵共性技術

石墨烯產業化仍待攻克製備與應用的關鍵共性技（jì）術

中科院寧波（bō）材料技術與工程（chéng）研（yán）究所（suǒ）研究員（yuán）、浙江（jiāng）省石墨烯製造業創新中心主任劉兆平做“石墨烯產業化製備及應用的挑戰”主題報告。他（tā）說，石墨烯規模化低成本製備仍麵臨諸多挑戰，石墨烯應用還有很多關鍵（jiàn）共性技術（shù）問題亟待解決，隻有上下遊（yóu）協同創新突破瓶頸，才能真正發揮石（shí）墨烯在產業變革中的關鍵作用。

 石墨烯是目前發現的最薄、強度最大（dà）、導電性最好的新型納米材（cái）料，被譽為“黑金（jīn）”。石墨烯以其優異的應用特（tè）性，有（yǒu）望掀起一場席卷全（quán）球的新技術新產業革命。

　　石墨烯原材料主要（yào）有微片（piàn）和薄膜兩種形態。據劉兆平介紹，插層剝（bāo）離法製備石墨烯，無氧化過程，石墨烯結構（gòu）未被破壞，能夠（gòu）保持較高導電性，越來（lái）越成為工程化製備石墨烯（xī）的（de）主流方（fāng）法。

　　“插層剝離法（fǎ）主要麵臨四大技術挑戰。”劉兆平說，一是（shì）少層單片剝離（lí）較難，插層剝離法製備十層以內的石墨烯（xī）微片需要很（hěn）高的工藝技（jì）巧；二（èr）是如何（hé）保證石墨烯漿料具備良好的分散性，通常認為流動性良好代表分散性出色；三是如何確保石墨烯粉體的分散性；四是如何實（shí）現綠色環保和低成（chéng）本生產。隻有（yǒu）突破這四個難點，才能真正推（tuī）動石墨烯產業化應用（yòng）。

　　石墨烯粉體存在堆疊（dié）嚴重、產率低、極度蓬鬆、粉塵飛揚、極易吸潮等問題。劉兆平認為（wéi）把石墨烯和高分（fèn）子、其他納米材料等複合，尋找兩種材料之間匹配的尺度和特性形成複（fù）合粉體，可以有效解決石墨烯團聚堆疊和致密度的問題，並且便於分散複（fù）原。

　　據劉兆平介紹，其團（tuán）隊采用插層剝離法已可批量（liàng）製備平均厚度7層（2.4nm）的石墨烯，未來，插層剝離製備技（jì）術有望進一步突破，石墨烯厚度可從平均（jun1）7層降低至平均3層（1nm）。“但降低厚度之後石墨烯（xī）分散問題怎麽（me）解決，其應用效果是否會有顯著提升，仍待研究。”劉兆平說。

　　在（zài）石墨烯薄膜製備上，CVD（化學氣相沉積）法是當前主流方法（fǎ）。其中卷對卷連續CVD製備技術可實現（xiàn）石墨烯從單片到成卷製備，大幅提高製備效率和一致性。

　　劉（liú）兆平說，日本索尼、韓國三星、麻省理（lǐ）工學院和密歇根大學都先後進（jìn）行了（le）卷對卷製備石（shí）墨烯薄膜的探索，但製備效率均不理想。其中主要的（de）技術挑戰是，如何讓石墨烯在運動銅箔上快速生（shēng）長、如何讓大寬幅銅箔在接近融化狀態下快速傳送、如何把石墨烯快速無損轉移到柔性基材及任意基材、如何實現石墨烯多層轉移。

 劉兆平團隊近年來著力攻克石墨烯卷對卷製備技術挑戰，目前已建成年產百萬平米石墨烯薄膜卷材中試（shì）生產線，可製備0.5米寬幅石墨烯薄膜，每分（fèn）鍾超過5米，一（yī）次成（chéng）卷上1000米，成本低（dī）於ITO（氧化銦（yīn）錫），可轉移至聚酯、玻璃、陶瓷（cí）等多種基材，率先實現了石墨（mò）烯薄膜卷材低成本規模化製造。

　　從石墨烯應用來看，石墨（mò）烯微片的導電、導熱、阻隔等（děng）特性可廣泛應用於電池、橡塑、塗（tú）料等行業，支撐傳統行業轉型升級；石墨烯薄膜的柔性、透明、導電等特性（xìng）可（kě）用於柔性電子及傳感器，推動變革性技術發展。

　　劉兆平說，目前，石墨（mò）烯微片在新一代動力鋰電池、石墨烯（xī）薄膜在（zài）電熱膜應用上取得了初步成效，但石墨烯應用仍待突破（pò）諸多共性關鍵（jiàn）技術問題，如石墨烯微片的分散、複合，石墨烯（xī）薄（báo）膜的表（biǎo）麵功能化、器件加工等。同時，質（zhì）量和（hé）成本問題仍然是製約（yuē）石（shí）墨烯產業化應用的瓶頸。

　　“石墨烯（xī）技術創新和產業化，必須與相關應用行業深入融（róng）合。下遊（yóu）應用要提前切入石（shí）墨烯原材料生產過程，並以下遊應用為主推動技術創新。同時，要進一步完善產學研用資協同創新的體製（zhì）機製。”劉兆平說。