General Graphene 討論了將石墨烯從實驗室?guī)氍F(xiàn)實世界的高度復雜過程。
石墨烯——有史以來第一種二維納米材料——于 2004 年由 Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 分離和表征，他們因此獲得了 2010 年諾貝爾物理學獎?，F(xiàn)在是 2022 年，石墨烯仍未進入現(xiàn)實世界和幾個大問題仍然留在每個人的腦海中。石墨烯具有驚人的特性，但它的用途是什么？如果石墨烯這么好，為什么沒有人在現(xiàn)實世界中使用它？什么花了這么長時間，石墨烯的下一步是什么？
每一種新材料或創(chuàng)新都會經(jīng)歷一個膨脹的期望和幻滅的循環(huán)，隨后重新調整期望并達到生產(chǎn)力的穩(wěn)定狀態(tài)。石墨烯即將進入生產(chǎn)力的高原，但石墨烯行業(yè)仍籠罩著迷霧和不確定性。
一種材料？
迄今為止，大多數(shù)市場都將石墨烯視為一種材料，并且?guī)缀跬耆珜⑵渑c顆粒形式聯(lián)系在一起——通常稱為氧化石墨烯、還原氧化石墨烯或石墨烯納米片。
在花了七年時間研究石墨烯并成功找到大規(guī)模生產(chǎn)它的方法之后，我們了解了有關這種材料的某些知識，這有助于闡明它是什么，不是什么。
石墨烯是一系列碳基納米材料，具有各種原子和物理結構配置——最流行的形式是顆粒和薄膜。
石墨烯不是一種適合所有材料的材料，要將石墨烯應用于各種應用，生長過程必須具有適應性，并且根據(jù)最終應用涉及多個優(yōu)化和功能化步驟。
從中得出的最重要的結論是，石墨烯的特性取決于幾個因素——層數(shù)、缺陷密度、使用的基板、晶體尺寸和摻雜劑的使用。這意味著擁有適應性強的工藝對于為特定的最終應用定制石墨烯的特性至關重要。當然，不可擴展且具有成本效益的適應性流程只能解決三分之一的問題。
石墨烯：除了離開實驗室，它無所不能
石墨烯行業(yè)的每個人都非常熟悉這種說法，回顧過去二十年，石墨烯不幸落入了我們都聽到和讀到的小眾技術領域。他們聲稱能夠實現(xiàn)革命性的和改變世界的突破，但出于某種原因，他們看不到曙光，也從未進入現(xiàn)實世界。
當石墨烯被發(fā)現(xiàn)時，人們很快將其稱為“神奇材料”和世界上最強、最薄、導電性最強的材料。這些特性確實存在，但僅限于納米級，并且不容易擴展到人類尺寸。即使在納米尺度上——雖然仍然很出色——石墨烯的特性也達不到過去十年中普遍存在的不合理炒作水平。
重點是石墨烯是什么，而不是它能做什么。事實上，由于這種關注點的偏差，人們對石墨烯的理解最終被扭曲和誤導了。這在今天的市場上仍然很明顯。大約 90% 的了解石墨烯的人認為它是一種材料，并將其與顆粒聯(lián)系在一起——最常見的是黑色粉末。此外，市場上幾乎每個人都認為石墨烯是一種“萬能”的材料，其特性可以在廣泛的應用中得到一致應用。
世界還沒有接觸過納米材料，這意味著理解和應用石墨烯的特性是一項學習曲線陡峭的任務——由于公眾對石墨烯的期望和解釋而變得更加困難。
唯一的解決辦法是建立石墨烯作為一種材料的可信度，并采取措施擴大最初的研究工作。這取決于能否獲得大量具有成本效益的石墨烯，并具有一致且可重復的質量。
不幸的是，事實證明大規(guī)模生產(chǎn)很困難，這意味著收集石墨烯在實際應用中的數(shù)據(jù)和證據(jù)是一項艱巨的任務。對于使用化學氣相沉積 (CVD) 制造的石墨烯薄膜來說尤其如此——該工藝僅限于石英管式爐，因為它們在真空條件下運行非常耗時，而且只能產(chǎn)生小批量的石墨烯。
許多人放棄了石墨烯，并聲稱由于大規(guī)模生產(chǎn)的難題，它永遠不會進入現(xiàn)實世界。對于使用化學氣相沉積法制造的石墨烯薄膜，大規(guī)模生產(chǎn)的可能性要小得多，因為即使是諾貝爾獎獲得者也表示無法做到。
從實驗室到工廠
2017 年，General Graphene 成功調試了 GG 1.0——這是一個概念證明，展示了在大氣條件下制造 CVD 石墨烯的能力。這是一項前所未有的成就，因為 CVD 工藝僅限于真空條件 - 它點燃了實現(xiàn) General Graphene 的目標的火花，即為各種終端應用制造可擴展、適應性和成本效益高的 CVD 石墨烯。
GG 2.0——一條中試生產(chǎn)線——于 2019 年投入使用，并在放大條件下證明，在大氣條件下制造 CVD 石墨烯是實現(xiàn) CVD 石墨烯可擴展大規(guī)模生產(chǎn)的可行途徑。
GG 2.5——一種迭代設計——在 GG 2.0 之后不久投入使用。不幸的是，這個系統(tǒng)沒有按預期工作，但 General Graphene 能夠從中吸取一些重要的教訓：
* 失敗只會為我們的成功打開其他途徑；* 失敗是不可避免的
：關鍵是要從失敗中快速學習，并快速且廉價地失敗。
我們從 GG 2.5 中吸取的教訓被傳承下來并輸入到我們當前的 CVD 石墨烯制造系統(tǒng)——GG 3.0——這是一個工業(yè)規(guī)模的系統(tǒng)，能夠以一致且可重現(xiàn)的質量高效地生產(chǎn) CVD 石墨烯，適用于一系列應用。GG 3.0 是當今世界上唯一能夠以行業(yè)兼容的價格和一致且可重現(xiàn)的質量實現(xiàn) CVD 石墨烯真正工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的系統(tǒng)。General Graphene 開發(fā)了數(shù)千種石墨烯生長配方，具有調整石墨烯特性并針對廣泛應用正確優(yōu)化的能力和經(jīng)驗。此外，General Graphene 在將石墨烯轉移到各種表面上的經(jīng)驗意味著它已經(jīng)在比世界上任何其他公司更多的表面上生長和轉移石墨烯。
通過多種質量控制和優(yōu)化技術構建真正適應性強的工業(yè)規(guī)模工藝，使 General Graphene 能夠為各種終端應用制造 CVD 石墨烯。自成立以來一直與應用無關，General Graphene 的重點僅集中在 CVD 石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)上，并作為一家純粹的石墨烯鑄造廠。這種方法使 General Graphene 能夠最大限度地發(fā)揮石墨烯作為一種令人難以置信的多功能材料的潛力，并通過提供為特定終端應用量身定制的石墨烯來迎合不同市場的客戶。隨著 GG 3.0 的調試和全面商業(yè)運營的準備，石墨烯商業(yè)化應用的最大障礙已經(jīng)解決——以一致和可重復的質量進行具有成本效益的大規(guī)模生產(chǎn)。
就其廣泛的應用潛力和它可以幫助創(chuàng)造的新市場而言，石墨烯的路線圖一直令人驚嘆。然而，由于進展緩慢，它也一直受到科學界許多人的懷疑。
歸根結底，任何新材料的成功在很大程度上取決于能否以與最終應用兼容的價格、數(shù)量和質量進行大規(guī)模生產(chǎn)。石墨烯有能力創(chuàng)造幾個比材料本身大得多的新市場——就像硅一樣。憑借七年為多種應用制造和優(yōu)化 CVD 石墨烯的經(jīng)驗以及世界上第一個商業(yè)規(guī)模的 CVD 石墨烯生產(chǎn)系統(tǒng)，General Graphene 有信心成為 CVD 石墨烯商業(yè)化背后的推動力，并最終將其帶出實驗室并進入現(xiàn)實世界。
摘自《The Graphene Council》網(wǎng)站
