過(guò)去幾年石墨烯研究取得了重大進(jìn)展，但其商業(yè)化和工業(yè)化仍面臨諸多挑戰(zhàn)。劉忠范和彭海琳?qǐng)F(tuán)隊(duì)討論了工業(yè)大規(guī)模合成石墨烯的相關(guān)問(wèn)題，這是未來(lái)石墨烯行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之一。

石墨烯因其引人入勝的特性而成為現(xiàn)代化學(xué)和物理學(xué)的新興材料。到2022年，全球石墨烯市場(chǎng)預(yù)計(jì)將超過(guò)1.5億英鎊。然而，石墨烯的真正商業(yè)化遠(yuǎn)未取得一夜之間的成功。

只有滿足特定應(yīng)用要求并提供超越其他替代品令人信服的優(yōu)勢(shì)的材料才能占領(lǐng)潛在市場(chǎng)。以碳纖維的發(fā)展歷史為例，在孵化期間，其工業(yè)化在很大程度上受到缺乏碳纖維產(chǎn)品的限制，碳纖維產(chǎn)品具有令人信服的性能和性能，以滿足應(yīng)用的要求。那時(shí)，碳纖維的可能用途僅在少數(shù)幾個(gè)領(lǐng)域，如釣竿和高爾夫球桿。在接下來(lái)的幾年中，特別是近幾十年來(lái)，高級(jí)碳纖維合成的進(jìn)步確保了擴(kuò)展的商業(yè)應(yīng)用，包括土木工程，軍事，汽車和航空航天工業(yè)。反思碳纖維的商業(yè)化途徑，在改進(jìn)材料合成和實(shí)現(xiàn)真正競(jìng)爭(zhēng)性應(yīng)用方面的不懈努力可能使石墨烯能夠找到更廣泛商業(yè)化的方法。

未來(lái)之路：

與硅工業(yè)一樣，石墨烯并非在每個(gè)領(lǐng)域都是無(wú)所不能的。成功的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)材料合成的進(jìn)步，并揭示區(qū)分石墨烯突出優(yōu)勢(shì)的實(shí)際殺手锏應(yīng)用。目前的研究發(fā)展已經(jīng)確定了幾種可能的殺手級(jí)應(yīng)用候選者。石墨烯成功應(yīng)用于基于石墨烯等離子體的寬帶圖像傳感器陣列和太赫茲到中紅外應(yīng)用。最近，石墨烯已被用作可調(diào)諧的過(guò)濾器，此外，石墨烯膜可用作TEM樣品的理想支撐，同時(shí)提供更高的分辨率。關(guān)于石墨烯產(chǎn)品的價(jià)格，雖然我們應(yīng)該重視降低生產(chǎn)成本的持續(xù)努力，但商品化石墨烯產(chǎn)品的價(jià)格應(yīng)該由產(chǎn)品性能決定。石墨烯研究和工業(yè)界的主要工作應(yīng)該致力于提高石墨烯產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，而不是僅僅專注于提供價(jià)格合理的便宜貨。即使價(jià)格高出五倍，性能提升十倍的產(chǎn)品也會(huì)有很大的市場(chǎng)。盡管石墨烯已被廣泛認(rèn)為是具有許多迷人特性的非常有前景的二維材料，但似乎很難預(yù)測(cè)石墨烯工業(yè)的確切未來(lái)。自學(xué)術(shù)研究初步轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際應(yīng)用以來(lái)，僅過(guò)了幾年，還有很大的發(fā)展空間，也就是說(shuō)，石墨烯工業(yè)化和商業(yè)化是一個(gè)漫長(zhǎng)的旅程，沒(méi)有成功的捷徑。隨著工業(yè)規(guī)模材料合成和新興殺手應(yīng)用的不斷改進(jìn)，石墨烯行業(yè)應(yīng)該能夠期待更光明的未來(lái)。

圖1. 石墨烯及其衍生物最常見(jiàn)的商業(yè)產(chǎn)品示意圖：石墨烯納米薄片，GO和連續(xù)石墨烯薄膜

圖2. 商業(yè)石墨烯產(chǎn)品的生產(chǎn)能力和質(zhì)量

圖3. 尋找石墨烯的殺手锏應(yīng)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