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刘忠范&彭海琳Nature Mater.: 石墨烯工业的综合挑战

过去几年石墨烯研究取得了重大进展,但其商业化和工业化仍面临诸多挑战。刘忠范和彭海琳团队讨论了工业大规模合成石墨烯的相关问题,这是未来石墨烯行业发展的关键之一。

石墨烯因其引人入胜的特性而成为现代化学和物理学的新兴材料。到2022年,全球石墨烯市场预计将超过1.5亿英镑。然而,石墨烯的真正商业化远未取得一夜之间的成功。

只有满足特定应用要求并提供超越其他替代品令人信服的优势的材料才能占领潜在市场。以碳纤维的发展历史为例,在孵化期间,其工业化在很大程度上受到缺乏碳纤维产品的限制,碳纤维产品具有令人信服的性能和性能,以满足应用的要求。那时,碳纤维的可能用途仅在少数几个领域,如钓竿和高尔夫球杆。在接下来的几年中,特别是近几十年来,高级碳纤维合成的进步确保了扩展的商业应用,包括土木工程,军事,汽车和航空航天工业。反思碳纤维的商业化途径,在改进材料合成和实现真正竞争性应用方面的不懈努力可能使石墨烯能够找到更广泛商业化的方法。

未来之路:

与硅工业一样,石墨烯并非在每个领域都是无所不能的。成功的关键在于实现材料合成的进步,并揭示区分石墨烯突出优势的实际杀手锏应用。目前的研究发展已经确定了几种可能的杀手级应用候选者。石墨烯成功应用于基于石墨烯等离子体的宽带图像传感器阵列和太赫兹到中红外应用。最近,石墨烯已被用作可调谐的过滤器,此外,石墨烯膜可用作TEM样品的理想支撑,同时提供更高的分辨率。关于石墨烯产品的价格,虽然我们应该重视降低生产成本的持续努力,但商品化石墨烯产品的价格应该由产品性能决定。石墨烯研究和工业界的主要工作应该致力于提高石墨烯产品的质量和性能,而不是仅仅专注于提供价格合理的便宜货。即使价格高出五倍,性能提升十倍的产品也会有很大的市场。尽管石墨烯已被广泛认为是具有许多迷人特性的非常有前景的二维材料,但似乎很难预测石墨烯工业的确切未来。自学术研究初步转变为实际应用以来,仅过了几年,还有很大的发展空间,也就是说,石墨烯工业化和商业化是一个漫长的旅程,没有成功的捷径。随着工业规模材料合成和新兴杀手应用的不断改进,石墨烯行业应该能够期待更光明的未来。

刘忠范&彭海琳Nature Mater.: 石墨烯工业的综合挑战

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图1. 石墨烯及其衍生物最常见的商业产品示意图:石墨烯纳米薄片,GO和连续石墨烯薄膜

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图2. 商业石墨烯产品的生产能力和质量

刘忠范&彭海琳Nature Mater.: 石墨烯工业的综合挑战

图3. 寻找石墨烯的杀手锏应用

Li Lin, Hailin Peng, Zhongfan Liu, Synthesis challenges for graphene industry. Nature Materials, 2019.

DOI: 10.1038/s41563-019-0341-4

https://www.nature.com/articles/s41563-019-0341-4

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