近年來，在國內(nèi)外證券市場，石墨烯概念被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，猶如瘋狂過山車一般驚險(xiǎn)飄忽。個(gè)別企業(yè)更是熱衷二級市場炒作，拿幾款實(shí)驗(yàn)室初級樣品沖擊大眾的視覺，卻又無法真正實(shí)現(xiàn)后期的規(guī)模化應(yīng)用，造成外界普遍認(rèn)為現(xiàn)在的石墨烯只是個(gè)概念和傳說。潮去潮來中，一些真正潛心做研發(fā)高端產(chǎn)品的企業(yè)也受波及，關(guān)注度也因此降溫。
那么，真正屬于二維材料，結(jié)構(gòu)“零缺陷”的高品質(zhì)石墨烯是如何來制備的，下游應(yīng)用目前又有了哪些突破，其中又存在著哪些問題呢。為此，記者采訪了中國碳谷科技集團(tuán)首席專家戴加龍，他如數(shù)家珍，深入淺出地告訴人們什么是真實(shí)的石墨烯。
中國碳谷集團(tuán)首席專家戴加龍
戴加龍開門見山地指出：“現(xiàn)在業(yè)界對石墨烯的概念大多停留在理論上，實(shí)際上在真實(shí)應(yīng)用中石墨烯應(yīng)該理解為：納米+二維材料+石墨自身的性能。”
據(jù)介紹，戴加龍自己帶領(lǐng)的中國碳谷科技集團(tuán)研發(fā)團(tuán)隊(duì)所掌握的石墨烯制備工藝，已能為下游應(yīng)用提供高品質(zhì)低價(jià)格的石墨烯原料，碳谷科技集團(tuán)計(jì)劃在未來五年內(nèi)建成年產(chǎn)5000—10000噸優(yōu)質(zhì)石墨烯的生產(chǎn)基地，創(chuàng)造一個(gè)超1000億規(guī)模的石墨烯應(yīng)用產(chǎn)業(yè)集群。
戴加龍說，石墨烯很多企業(yè)都說能做，但大多屬于二維材料，結(jié)構(gòu)“零缺陷”的高品質(zhì)石墨烯,能做的卻是少之又少。 
今年6月，諾獎(jiǎng)得主、石墨烯發(fā)明人之一、英國曼徹斯特大學(xué)教授康斯坦丁·諾沃肖洛夫在上海舉行的世界移動(dòng)大會(huì)展臺(tái)了解碳谷集團(tuán)的石墨烯產(chǎn)品，右二為戴加龍。資料圖片
他認(rèn)為，實(shí)際操作中高品質(zhì)石墨烯的制備應(yīng)該包括“前處理、中制備、后整理”等3個(gè)階段。
前處理：石墨是碳元素的一種同素異形體，石墨具有鱗片狀的層狀礦物質(zhì)結(jié)構(gòu)，其地質(zhì)成礦結(jié)構(gòu)有硫化礦、氧化礦、無煙煤經(jīng)過熱變質(zhì)轉(zhuǎn)化等多種，石墨就是這些礦物質(zhì)在地層的高溫高壓下，經(jīng)過中、深程度的區(qū)域變質(zhì)作用，碳質(zhì)氣化，結(jié)晶而形成的，因此他們各有千秋，性能各不相同，所以在石墨烯的選材上要根據(jù)其不同的性能和要求進(jìn)行對號入座。
中制備：層狀礦物質(zhì)結(jié)構(gòu)的石墨在結(jié)晶過程中的堆積是A、B、C結(jié)合，它的層間作用力是范德華力，表面結(jié)構(gòu)非常完整，第四系引入的缺陷較多，對層間滑動(dòng)分離造成很大的影響。因此在制備過程中要特別重視二維材料結(jié)構(gòu)的完整性，并確保其徑厚比不小于1500，徑厚比是目前層狀礦物質(zhì)結(jié)構(gòu)中二維材料最重要的衡量指標(biāo)之一，具有較大的二維平面，所以首要考量的是徑厚比的大小，其次再考量二維材料層間的厚度。其實(shí)，最重要的一點(diǎn)目前我們所需要的是石墨烯原生態(tài)的二維效果，這也是其他石墨烯難以進(jìn)入下游最佳應(yīng)用的原因之一。
中國碳谷集團(tuán)生產(chǎn)的部分石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品。資料圖片
后整理：制備出來的石墨烯初級產(chǎn)品離最終石墨烯成品還有相當(dāng)?shù)木嚯x，因?yàn)樵谥苽溥^程中層狀結(jié)構(gòu)在外力的作用下所形成的有一部分是三維材料、大部分是二維材料以及部分零維材料，還有伴生的其他物質(zhì)以及外部引入的雜質(zhì)，從而需要進(jìn)行重新結(jié)構(gòu)排列篩選和分級。通過篩選分出相應(yīng)的粒徑分布，從D5到D97的結(jié)構(gòu)排列，才能符合下游應(yīng)用所需的要求，從而充分發(fā)揮出石墨烯的真正性能。
戴加龍指出，缺乏高品質(zhì)石墨烯是制約石墨烯下游應(yīng)用拓展的一個(gè)瓶頸，2015年12月中國碳谷科技集團(tuán)與國家納米科學(xué)中心聯(lián)合成立了國家級“納米技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室”，并成立了石墨烯應(yīng)用研發(fā)中心，在石墨烯的制備和下游應(yīng)用研發(fā)方面取得了突破性的進(jìn)展。
他說，海洋化工研究院作為海洋涂料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，為了研制性能達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的富鋅底漆要求的石墨烯鋅粉底漆，采用了業(yè)界多家企業(yè)生產(chǎn)的石墨烯樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，都未能如愿，采用中國碳谷科技集團(tuán)在江陰基地生產(chǎn)的高品質(zhì)石墨烯后，實(shí)驗(yàn)獲得了極大成功，在按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的鹽霧實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)時(shí)間已超過了2000小時(shí)，涂料性能仍然表現(xiàn)優(yōu)異，不久在高端產(chǎn)品上就會(huì)有比現(xiàn)在耐用數(shù)倍以上的防腐涂料面市。
環(huán)境治理目前已經(jīng)上升到國家高度，未來10年我國將進(jìn)行大規(guī)模的環(huán)境治理，但是一直缺乏有效的治理利器。戴加龍興奮地披露，中國碳谷科技集團(tuán)與中國科技開發(fā)院江蘇分院等單位合作研發(fā)的用于大氣、水域環(huán)境治理的層狀結(jié)構(gòu)可見光催化產(chǎn)品已經(jīng)問世。這是目前國際上唯一可用于大規(guī)模水質(zhì)處理的光催化技術(shù)及產(chǎn)品，其核心“可見光響應(yīng)的異質(zhì)間高效量子轉(zhuǎn)移技術(shù)”，今年5月已經(jīng)通過江蘇省新技術(shù)鑒定。
中國碳谷集團(tuán)的石墨烯立體工廠。資料圖片
戴加龍說，石墨烯的微觀性能如何以宏觀的形式體現(xiàn)出來，目前至少存在兩個(gè)重要的問題：如何將制備出的石墨烯均勻的加入到基體材料中？怎樣保證石墨烯與該材料存在一定強(qiáng)度的界面結(jié)合力？
第一個(gè)問題在于石墨烯應(yīng)用過程的分散，制備出的石墨烯普遍厚度為幾個(gè)納米左右，且極易團(tuán)聚，按照傳統(tǒng)的機(jī)械分散方式很難保證其能單片成立。分散狀態(tài)很差可能造成局域濃度較高，石墨化嚴(yán)重從而影響其性能的發(fā)揮。在一段較長的工藝中，需要判別在哪一階段中加入較好，以高分子復(fù)合材料為例，原位聚合的方法更適合石墨烯的分散，石墨烯粉體與塑料粒子的共混方式則不利于石墨烯的分散。
第二個(gè)問題是，石墨烯與其他材料僅存在微弱的范德華力，這種惰性的表面可能需要一定改性才可能在復(fù)合材料中有更好的相容性。不同的材料需要的改性劑往往也有區(qū)別，這需要做大量的實(shí)驗(yàn)。然而，有時(shí)在一些包覆的工藝中，加入改性劑反而影響了活性物質(zhì)與石墨烯之間的直接相互作用。
戴加龍認(rèn)為，總之，石墨烯的成功應(yīng)用需要?jiǎng)?chuàng)新性的工藝和各個(gè)行業(yè)的密切合作才有可能得到真正實(shí)現(xiàn)。
