近年來，在國內(nèi)外證券市場，石墨烯概念被炒得沸沸揚揚，猶如瘋狂過山車一般驚險飄忽。個別企業(yè)更是熱衷二級市場炒作，拿幾款實驗室初級樣品沖擊大眾的視覺，卻又無法真正實現(xiàn)后期的規(guī)模化應(yīng)用，造成外界普遍認為現(xiàn)在的石墨烯只是個概念和傳說。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的石墨烯。

中國碳谷集團首席專家戴加龍

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，實際上在真實應(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研發(fā)團隊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)低價格的石墨烯原料，碳谷科技集團計劃在未來五年內(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大會展臺了解碳谷集團的石墨烯產(chǎn)品，右二為戴加龍。資料圖片

他認為，實際操作中高品質(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，最重要的一點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入下游最佳應(yīng)用的原因之一。

中國碳谷集團生產(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?shù)木嚯x，因為在制備過程中層狀結(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)用拓展的一個瓶頸，2015年12月中國碳谷科技集團與國家納米科學(xué)中心聯(lián)合成立了國家級“納米技術(shù)應(yīng)用實驗室”，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展。

他說，海洋化工研究院作為海洋涂料國家重點實驗室，為了研制性能達到國際標準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)的石墨烯樣品進行實驗，都未能如愿，采用中國碳谷科技集團在江陰基地生產(chǎn)的高品質(zhì)石墨烯后，實驗獲得了極大成功，在按照國家標準進行的鹽霧實驗中實驗時間已超過了2000小時，涂料性能仍然表現(xiàn)優(yōu)異，不久在高端產(chǎn)品上就會有比現(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度的界面結(jié)合力？

第一個問題在于石墨烯應(yīng)用過程的分散，制備出的石墨烯普遍厚度為幾個納米左右，且極易團聚，按照傳統(tǒng)的機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，這需要做大量的實驗。然而，有時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。

戴加龍認為，總之，石墨烯的成功應(yīng)用需要創(chuàng)新性的工藝和各個行業(yè)的密切合作才有可能得到真正實現(xiàn)。