石墨烯,如何实现大规模生产?
2020年7月21日
Bronkhorst
“石墨烯旗舰项目”源于欧洲委员会。该项目旨在2020年之前将石墨烯应用商业化,即从实验室到消费者市场。
什么是石墨烯?
- 单层石墨烯最为纯净,并独具特色。这些特性使(单层)石墨烯可被广泛应用并极具吸引力。
- 双层和多层石墨烯具有它性(不定性)特征。层数增加,生产成本越低。

本文只涉及单层石墨烯,截至目前,该类型的研究结果最佳。
石墨烯是当今第一种仅由单一碳层原子构成的二维材料;与钻石和铅笔中采用相同的材料。石墨烯中的碳原子以六边形排列并具有以下特性:
- 硬度比钢高200倍
- 比头发丝薄1000000倍
- 当今最轻的材料(1平方米重约0,77毫克)
- 灵活
- 透明
- 分子难以穿透
- 导电和导热性能极佳
目前尚无方法可用于大规模生产石墨烯,且成本不可控。然而,这项研究的脚步从未停止。

增强等离子的化学气相沉积(PE-CVD)
PE-CVD工艺中,等离子在镍或铜基底上形成石墨烯分层。真空中加热,但也可使用更环保的CVD工艺,即在大气压下加热。通过化学气相沉积,可以生产大片石墨烯。
某些前导体是要蒸发的液体并以气态形式用于CVD工艺。以准确的比例和精度建立等离子非常重要,使用高精度流量仪表可以实现。等离子的偏差会导致石墨烯层瑕疵。瑕疵可能是2D结构的杂质并改变材料的独特属性。
采用大气压等离子技术研发高品质石墨烯
系统具有卓越的稳定性和准确性。这些特性保证了等离子的可靠产生,最终生产出更高品质的石墨烯。
在文献“由微波氩等离子分解乙醇产生可伸缩的石墨烯”中,阐述了科尔多瓦大学(ES)在PE-CVD石墨烯生产工艺中选择Bronkhorst控制蒸发混合系统的原因。

石墨烯应用领域
- 水净化:科学家们正在研发基于氧化石墨烯的高级过滤系统,将污水净化为饮用水。
- 医疗行业:石墨烯对人体无毒,相关的研究将药物附着在石墨烯上并在体内输送药物的可能性。石墨烯还能防止细菌的形成,它是植入物涂层的理想选择。
- 能源行业:表面积大,导电性能极佳,使得石墨烯能用于储能。目标是使石墨烯电池更紧凑并增强电池快充的能力,实现秒充。
- 纺织行业:石墨烯能够处理纺织品中的电子产品,例如有效而高效且高精度的传感器。此外,能够制造石墨烯防腐涂层和导电油墨。
- 半导体行业:归功于良好的导电和导热性,石墨烯有望提高(计算机和智能手机)芯片的速度和容量。
