Science | 石墨烯将向何处去？

主要观点总结

本文介绍了石墨烯的研究进展和商业化应用情况。石墨烯是一种由蜂窝结构排列的碳原子组成的单原子厚度层材料，具有广泛的特殊性能，包括高电导率、热导率和强度。然而，石墨烯的工业应用尚未实现大规模生产和商业化。本文详细阐述了石墨烯的研究历程、特性、潜在应用、生产方法和商业化挑战等方面的内容。

关键观点总结

关键观点1: 石墨烯的研究历程和特性

石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有广泛的特殊性能，包括高电导率、热导率和强度。自20年前发现以来，石墨烯的研究已从实验台发展到大规模生产和商业应用。

关键观点2: 石墨烯的潜在应用

石墨烯及其衍生物在电子、结构和生物医学领域具有广泛的应用前景。然而，由于生产成本和产量限制，石墨烯基产品的商业化仍然是一个挑战。目前，石墨烯衍生物在某些领域已经实现了商业化或接近商业化，例如防腐涂层、阻燃材料和电磁屏蔽材料。

关键观点3: 石墨烯的生产方法

目前，石墨烯的生产方法包括机械剥离、化学气相沉积、液相剥离法等。然而，这些方法在大规模生产高质量石墨烯薄膜方面仍然面临挑战，如晶界密度、缺陷密度、金属基底等问题。

关键观点4: 商业化挑战和策略

商业化面临的主要挑战包括高生产成本、有限产量、生产设备设计成本高等问题。为解决这些问题，需要开发新的生产方法和降低成本的策略，如直接在传统基底材料上生长石墨烯薄膜、使用范德华层状介电材料辅助转移等。此外，学术界和工业界的合作也至关重要。

关键观点5: 未来展望和建议

未来，石墨烯及其衍生物的商业化需要更紧密的合作和合作起草全面的标准体系。此外，还需要开发高通量表征方法来测量性能并筛选出不符合标准的产品。结合机器学习和人工智能的自动表征方法可以帮助克服这一限制。

文章预览

石墨烯 —— 一种由蜂窝结构排列的碳原子组成的单原子厚度层 —— 发现二十年后，对这种非凡材料的研究已从实验台发展到大规模生产和商业应用。 石墨烯以其广泛的特殊性能而闻名，包括电导率比铜高出 70% ，室温下的热导率是热解石墨的两倍多，强度是钢的 200 倍（而重量仅为钢的六分之一）。这些特性使石墨烯及其衍生物成为众多用途的理想选择，包括电子、结构和生物医学领域。然而，石墨烯更广泛的工业应用尚未实现。 正如 Novoselov 等人 2004 年的开创性论文中所描述的，高度定向热解石墨通过胶带机械剥离产生单层石墨烯薄片。这种新材料展现出令人着迷的性质。作者观察到强烈的双极性电场效应 —— 能够在施加栅极电压时在正负电荷之间切换的能力。他们还注意到了高室温载流子迁移率，这与电子或空穴在材料中移动的速度有关 ………………………………