新技术有望攻克石墨烯工艺瓶颈

    石墨烯高峰论坛近日在深圳召开，石墨烯这种神奇的材料再次引发了全世界的关注。各国争相研发，期待它在触摸屏、传感器、电子通讯等领域的应用，改变人类未来的生活。

    石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构，具有高导电、高强度、高导热等特点的新型纳米材料。专门研究、生产石墨烯的企业——唐山建华实业集团总裁孟英介绍：“石墨烯是已知的世界上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，石墨烯材料的导电性能是铜的10倍至100倍。”

    在建华实业集团生产基地，记者领略了这种“神奇材料”——石墨烯微片是一种像棉花一样的黑色絮状物，极轻，盛满一个50升的白色塑料桶仅重180克。

    和很多业内专家一样，孟英非常看好石墨烯在能源领域的应用。公司的科研团队正在进行石墨烯基超级电容和电池的研发。在建华实业集团科研中心，研究人员给记者现场演示了石墨烯电容器快速充放电的实验，记者看到一小块由石墨烯制作的电池充放电只需15秒钟。

    孟英介绍，石墨烯电池一旦问世，有望将电池容量增加1.5倍，充电时间缩短至几分钟，使用石墨烯基超级电容替代电池，充放电时间最短甚至可以达到几秒钟。这也就意味着，如果将其应用到电动汽车领域，不仅增加了行驶里程，而且充电比加油时间还快。

    石墨烯“出道”虽短，但它是世上最薄、强度最高的材料，只有0.34纳米厚，20万层石墨烯叠加起来的厚度大概等于一根头发丝的直径。它比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢材还要高上100倍。该材料透光率在97%以上，石墨烯一系列神秘的特殊性让人们对它的应用充满幻想。

    石墨烯在电子、航天、军工、新能源、新材料等领域有着广阔的应用潜力：凭借石墨烯优良的电学性能，它将是最具潜力取代硅制作超微型晶体管的新型材料，未来计算机的运行速度有望提高10至100倍；其轻盈坚韧的特性，又是制作超轻防弹衣、超轻飞机材料的首选；此外，这种新材料也可取代碳纤维用于船身和自行车车身；一些研究人员表示石墨烯甚至可以取代硅，用于制造电脑芯片。未来，一张石墨烯信用卡存储的信息量可相当于今天的电脑。

    但以上种种可能性，都在目前的制造工艺面前遇阻。从发现至今已逾10年，石墨烯替代硅的晶体管大规模制造工艺依旧没能成型。由于石墨烯提取过程复杂，成本居高不下，目前，还没有一款石墨烯产品问世。

    据了解，目前业界主要有化学气相沉积法、氧化还原法、热解碳化硅法等石墨烯批量制备技术，常见的石墨烯大部分都是由石墨片剥离而成，全球只有少数几家企业可以进行工业化生产。一克石墨烯价格在800元左右，只有将生产成本降低，才能使石墨烯更广泛地应用到各个领域中。

    “我们率先研发出一种新的石墨烯制备方法，适用于低成本大批量规模生产。”孟英介绍，自去年年底，建华实业在河北省投产首条年产50万克石墨烯粉性生产线之后，目前一条年产100吨的粉性生产线正在紧张组装中，将于今年6月底正式投产。

    从2009年开始，孟英和他的科研团队在石墨烯氧化还原法的基础上独辟蹊径，对已有制备技术进行了变革，终于设计出了具有自主知识产权的生产工艺和装备，使大规模生产成为现实。

    孟英介绍：“年产100吨粉性生产线建成以后，我们生产的石墨烯成本将降到1克100元，成本的大幅降低，将会使石墨烯更多地应用到相关产品上。”

    图片说明：研究人员正在展示石墨烯制成品。