探索 CVD 石墨烯应用开发的未知领域

General Graphene 讨论了将石墨烯从实验室带入现实世界的高度复杂过程。

石墨烯——有史以来第一种二维纳米材料——于 2004 年由 Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 分离和表征，他们因此获得了 2010 年诺贝尔物理学奖。现在是 2022 年，石墨烯仍未进入现实世界和几个大问题仍然留在每个人的脑海中。石墨烯具有惊人的特性，但它的用途是什么？如果石墨烯这么好，为什么没有人在现实世界中使用它？什么花了这么长时间，石墨烯的下一步是什么？

每一种新材料或创新都会经历一个膨胀的期望和幻灭的循环，随后重新调整期望并达到生产力的稳定状态。石墨烯即将进入生产力的高原，但石墨烯行业仍笼罩着迷雾和不确定性。

一种材料？

迄今为止，大多数市场都将石墨烯视为一种材料，并且几乎完全将其与颗粒形式联系在一起——通常称为氧化石墨烯、还原氧化石墨烯或石墨烯纳米片。

在花了七年时间研究石墨烯并成功找到大规模生产它的方法之后，我们了解了有关这种材料的某些知识，这有助于阐明它是什么，不是什么。

石墨烯是一系列碳基纳米材料，具有各种原子和物理结构配置——最流行的形式是颗粒和薄膜。

石墨烯不是一种适合所有材料的材料，要将石墨烯应用于各种应用，生长过程必须具有适应性，并且根据最终应用涉及多个优化和功能化步骤。

从中得出的最重要的结论是，石墨烯的特性取决于几个因素——层数、缺陷密度、使用的基板、晶体尺寸和掺杂剂的使用。这意味着拥有适应性强的工艺对于为特定的最终应用定制石墨烯的特性至关重要。当然，不可扩展且具有成本效益的适应性流程只能解决三分之一的问题。

石墨烯：除了离开实验室，它无所不能

石墨烯行业的每个人都非常熟悉这种说法，回顾过去二十年，石墨烯不幸落入了我们都听到和读到的小众技术领域。他们声称能够实现革命性的和改变世界的突破，但出于某种原因，他们看不到曙光，也从未进入现实世界。

当石墨烯被发现时，人们很快将其称为“神奇材料”和世界上最强、最薄、导电性最强的材料。这些特性确实存在，但仅限于纳米级，并且不容易扩展到人类尺寸。即使在纳米尺度上——虽然仍然很出色——石墨烯的特性也达不到过去十年中普遍存在的不合理炒作水平。

重点是石墨烯是什么，而不是它能做什么。事实上，由于这种关注点的偏差，人们对石墨烯的理解最终被扭曲和误导了。这在今天的市场上仍然很明显。大约 90% 的了解石墨烯的人认为它是一种材料，并将其与颗粒联系在一起——最常见的是黑色粉末。此外，市场上几乎每个人都认为石墨烯是一种“万能”的材料，其特性可以在广泛的应用中得到一致应用。

世界还没有接触过纳米材料，这意味着理解和应用石墨烯的特性是一项学习曲线陡峭的任务——由于公众对石墨烯的期望和解释而变得更加困难。

唯一的解决办法是建立石墨烯作为一种材料的可信度，并采取措施扩大最初的研究工作。这取决于能否获得大量具有成本效益的石墨烯，并具有一致且可重复的质量。

不幸的是，事实证明大规模生产很困难，这意味着收集石墨烯在实际应用中的数据和证据是一项艰巨的任务。对于使用化学气相沉积 (CVD) 制造的石墨烯薄膜来说尤其如此——该工艺仅限于石英管式炉，因为它们在真空条件下运行非常耗时，而且只能产生小批量的石墨烯。

许多人放弃了石墨烯，并声称由于大规模生产的难题，它永远不会进入现实世界。对于使用化学气相沉积法制造的石墨烯薄膜，大规模生产的可能性要小得多，因为即使是诺贝尔奖获得者也表示无法做到。

从实验室到工厂

2017 年，General Graphene 成功调试了 GG 1.0——这是一个概念证明，展示了在大气条件下制造 CVD 石墨烯的能力。这是一项前所未有的成就，因为 CVD 工艺仅限于真空条件 - 它点燃了实现 General Graphene 的目标的火花，即为各种终端应用制造可扩展、适应性和成本效益高的 CVD 石墨烯。

GG 2.0——一条中试生产线——于 2019 年投入使用，并在放大条件下证明，在大气条件下制造 CVD 石墨烯是实现 CVD 石墨烯可扩展大规模生产的可行途径。

GG 2.5——一种迭代设计——在 GG 2.0 之后不久投入使用。不幸的是，这个系统没有按预期工作，但 General Graphene 能够从中吸取一些重要的教训：

* 失败只会为我们的成功打开其他途径；* 失败是不可避免的：关键是要从失败中快速学习，并快速且廉价地失败。

我们从 GG 2.5 中吸取的教训被传承下来并输入到我们当前的 CVD 石墨烯制造系统——GG 3.0——这是一个工业规模的系统，能够以一致且可重现的质量高效地生产 CVD 石墨烯，适用于一系列应用。GG 3.0 是当今世界上唯一能够以行业兼容的价格和一致且可重现的质量实现 CVD 石墨烯真正工业规模生产的系统。General Graphene 开发了数千种石墨烯生长配方，具有调整石墨烯特性并针对广泛应用正确优化的能力和经验。此外，General Graphene 在将石墨烯转移到各种表面上的经验意味着它已经在比世界上任何其他公司更多的表面上生长和转移石墨烯。

通过多种质量控制和优化技术构建真正适应性强的工业规模工艺，使 General Graphene 能够为各种终端应用制造 CVD 石墨烯。自成立以来一直与应用无关，General Graphene 的重点仅集中在 CVD 石墨烯的大规模生产上，并作为一家纯粹的石墨烯铸造厂。这种方法使 General Graphene 能够最大限度地发挥石墨烯作为一种令人难以置信的多功能材料的潜力，并通过提供为特定终端应用量身定制的石墨烯来迎合不同市场的客户。随着 GG 3.0 的调试和全面商业运营的准备，石墨烯商业化应用的最大障碍已经解决——以一致和可重复的质量进行具有成本效益的大规模生产。

就其广泛的应用潜力和它可以帮助创造的新市场而言，石墨烯的路线图一直令人惊叹。然而，由于进展缓慢，它也一直受到科学界许多人的怀疑。

归根结底，任何新材料的成功在很大程度上取决于能否以与最终应用兼容的价格、数量和质量进行大规模生产。石墨烯有能力创造几个比材料本身大得多的新市场——就像硅一样。凭借七年为多种应用制造和优化 CVD 石墨烯的经验以及世界上第一个商业规模的 CVD 石墨烯生产系统，General Graphene 有信心成为 CVD 石墨烯商业化背后的推动力，并最终将其带出实验室并进入现实世界。

摘自《The Graphene Council》网站