石墨烯商用的可（kě）能性有（yǒu）多大？下麵和大家一同來探（tàn）討!石墨烯作為工業材料的下一階段，將來（lái）自商業部門和石墨烯生產商（shāng）。他們將共同開展合作（zuò）項（xiàng）目，以解（jiě）決現實應用中的具體問題，很難確定未來（lái）有可能（néng）出現另一種新（xīn）材料以如此多（duō）種有益的方式用於如此廣的範圍中。
 

      盡（jìn）管（guǎn）二維材（cái）料和石墨烯的研究已（yǐ）有很長的（de）曆史，可追溯到1947年PR Wallace關於石墨的物理帶隙的論文和Blakely在上（shàng）世紀60年代和70年代的研究，但2004年發（fā）現石墨烯以及隨後（hòu）2010年獲得的諾貝爾（ěr）物理學獎，才使世人對石墨烯材料產（chǎn）生了超越現實的期望。
 

      早期對石墨烯材（cái）料特性（最薄（báo）、最輕、最堅固、最導電和（hé）最導熱等）的最高級描述引發了石墨烯行業的炒作。當人們（men）談論建造“石墨（mò）烯太空電梯”，或者維珍航空CEO Richard Branson先（xiān）生在2017年3月對《每日電訊報》說“如果繼（jì）續（xù）研發10年的話，希望石墨烯可以成為未來飛機（jī）的主要材料。它們的重量將比目前的飛機輕得多，這（zhè）又將（jiāng）在燃油消耗方（fāng）麵有所作為（wéi）”，這種對石墨烯的炒作或公眾預期達（dá）到頂點（diǎn）。
 

      雖然通常用於描述（shù）石墨烯最高（gāo）級（jí）性能在（zài）原子級別上是正確的（作為六角形蜂窩晶格中純淨、無缺陷的sp2碳鍵原子的（de）單一平麵），但宏觀世界中，石墨烯應用方麵的（de）表現有所不同。

      一、線路圖和彎路

      在（zài）過去的15年中，石墨烯的大部分研（yán）究和工作已（yǐ）經（jīng）在大學實驗室和政府投資計劃下進行（háng），最終目的是開發商業（yè）應用。甚至有精心製作的“路（lù）線圖”都試圖預測和影響這種令（lìng）人印象深刻的新材料的商業發展方向。與“市場拉動”相反，這些努力中（zhōng）的許多可以被描述為“技術推動（dòng）”方法。
 

      石墨烯商業應用的障礙很多（duō）。這些包括材料本身（shēn）的一（yī）些固有缺陷，例如缺少帶隙，使其不太（tài）適合電子應用。眾所周知，將石墨烯添加（jiā）到另一種材料中時，要（yào）獲得適當的分散性也很困難（nán）。其他障礙還（hái）包括沒有“標準等級”的石墨烯。為（wéi）了使潛在（zài）客戶了解所（suǒ）接收的材料是否包含石墨烯（xī），以及包含什麽樣的石墨烯，他們需要使用昂貴且（qiě）難以執行的測試，例如X射線光電子能譜、拉曼光譜、透射電子顯微鏡、BET測試以及其他方法對材（cái）料進行全（quán）麵表征。
 

      盡管存在這些障礙，但石（shí）墨烯（xī）材料（liào）的商業化已發生了巨大的（de）變化，從主要是基於大學的實驗室規模的實驗性製（zhì）備過渡到了目前多家企業能夠每年生產噸級石墨烯材料，這些公司主要分布（bù）在北美，歐洲和亞太地區。石墨烯和納米技術的資深專家Joe Eldridge舉（jǔ）例說明了當前的進展：“我們真的開始看到在重要的工業應用中出現了可行的石墨烯應用產品，而不是具有有限實際利益的‘利基市（shì）場’或噱頭產品。有明顯跡象表明市場（chǎng）正在成熟，主要公司對石墨烯的使用正（zhèng）在加（jiā）速。例如，佛羅裏達州的Garmor Inc.剛剛（gāng）通（tōng）過了（le）兩次製造審核，並於最近（2019年（nián）第三季（jì）度）與多（duō）個戰略合作夥伴簽（qiān）署了多年的供應和製造協議。這（zhè）些早期（qī）采用者（客戶）是（shì）耐腐（fǔ）蝕和耐磨塗層（céng）的市（shì）場領導者。至關重要（yào）的是，這些協議每個都是針對（duì）幾噸石墨烯的，這（zhè）些協議並不是終端客戶“幫忙”。經過多個客戶的仔細審核（hé）過程後，產品性能令人印（yìn）象深刻，足以（yǐ）表現出自己的優點。
 

      James Baker負責（zé）協調曼徹斯特大（dà）學的整體（tǐ）商（shāng）業化工作（zuò），包括最近開放的（de）石墨烯工程與創新中心GEIC。他具有（yǒu）獨特的見解，與曼徹斯特大學的學者以及希望（wàng）在其產（chǎn）品和應用中使用石墨（mò）烯的主要商業公司（sī）緊密合作。他說：“我（wǒ）們已經看到石（shí）墨烯如何顯著增（zēng）強（qiáng）其（qí）他材料和應用，特（tè）別是（shì）在（zài）複合材料（liào）、塑料、儲能、傳感器和塗料領域。我（wǒ）們相信（xìn），石墨（mò）烯的商業化將在未（wèi）來12~18個月內達到關鍵的轉折點。”此類聲明在該領域正變得越來越普遍，並（bìng）證明（míng）了在工業規模下迅速成熟的石墨烯材料商業市場。
 

      二、石（shí）墨烯材料的“家族”

      從商業和工業材料的角度講石墨烯時，人（rén）們實際上是在談論從單層或“純”單層碳延伸（shēn）到多層石墨烯納米（mǐ）片（piàn）（GNP）的一係列材料。它包括氧化石墨烯（GO）和還原的氧化石墨烯（rGO），包括在基板上呈（chéng）單層材料形式的石墨（mò）烯材料，包括漿料、溶液或粉末狀態的GNP/GO。所有這些形式的材料在當今全球商業（yè）市場中都以“石墨烯”的形式提供。
 

      這些定義有一個幾乎（hū）無（wú）限範圍內的材料（liào）特性、行為（wéi）和物理、化學性質（zhì），包括（kuò）層數（從1到10個原子（zǐ）層或更多），橫向尺寸或晶（jīng）體尺寸（從亞微米（mǐ）到數（shù）十（shí）微米），雜質（微量金屬、灰分、硫、氧等）的種類和數量。每一個參數都可能影（yǐng）響石墨烯在特定應用案例中的表現。
 

      在商業應用和生產方法方麵，可以將市場（chǎng）大致分為兩（liǎng）個截然不同（tóng）的部分：“自下（xià）而上”生產（通（tōng）常使用化學氣相沉積（jī）（CVD）工藝生產石墨烯）和“自上而下”生產（通常使用石墨作（zuò）為原料，然後使用（yòng）化學、電化學、物理剝離、插層等中的一種或多種方法分離碳層）。
 

      這些方法不僅有很大的不同，而且所生產的石墨烯（xī）材料適合非常不同的（de）市場。CVD型材（cái）料（liào）（單碳層（céng））更適合於電子和傳感器應用，而“塊狀”或多（duō）層材料更適合於塑（sù）料、複合材料、橡膠、水泥、塗料和其他需要大量材料的應（yīng）用。這兩類石墨烯材料的價格（gé）也存在巨大差異，CVD石墨烯材（cái）料的成本是塊狀（zhuàng）石（shí）墨烯材料的許多（duō）倍，因此單層材料通常（cháng）以平方厘米為單位定價，而塊狀材料以克、千克或磅為單位定價。

      三、石墨烯，一種萬能的材料

      重要的是（shì），不要將石墨（mò）烯視為具有最高（gāo）性能的獨立材料，而應將（jiāng）其視為具有（yǒu）獨特能力的納米材料添加劑，該添加劑能夠（gòu）顯著增強其他（tā）材料的性能。人們已經（jīng）在整個市售石墨烯材料範圍內確定了40多個主要應用領域，石墨烯可以在其中產生重大影響。最發達（dá）的應用（yòng）領域之一是在塑料和複合材料中添加石墨烯（xī），以增加強度（dù）、導電性或改善熱傳（chuán）遞。通過添加極少量的石（shí）墨烯塊狀材料（按重量計遠低於1％），某些塑料和複合材料的強度可以提高30%~40％或更多。
 

      2019年3月（yuè），福（fú）特汽車公司宣布經過3年的研究和測試（shì），將石墨烯增強的聚氨酯（PU）零件放入其兩款銷量最高的量產（chǎn）車（F150皮卡車和野馬車）中，最初（chū）的目標是（shì）改善發動機艙中的熱量管理，通（tōng）過添加少量美國XG Sciences提供的石墨（mò）烯，增強型PU部（bù）件的傳熱性能提高了30％。出乎意料的
是，這種新材料還使強度（dù）提高了20％，振動和噪音降低了17％，促使福特考慮在其他地方（fāng）可以使用石墨烯增強（qiáng）材料來改（gǎi）善（shàn）車輛的性能和舒適性。
 

      在另一種非常不同（tóng）的應用中，NextGen（澳大利亞的采礦設備供（gòng）應（yīng）商）在其一次性的采礦鏟鬥襯裏中使用了（le）由First Graphene提供的石墨烯增（zēng）強型（xíng）PU材料，這減少了更換周期時間，並且將材（cái）料減（jiǎn）少了（le）約1/3，因為增強（qiáng）了材（cái）料的（de）堅固性。
 

      多樣性也反映在（zài）生產方法的範（fàn）圍內。NTherma是總（zǒng）部位於加利福尼亞的供應商，實際上首先生產碳納米管（guǎn）（CNT），然後“解壓縮”它們（men）以（yǐ）形成特定長度的石墨烯納米帶。然後，可（kě）以進一步處理該材料（liào），以創（chuàng）建很少的GNP。其材料已被用於改善標準機油的潤滑性（僅作為一種樣品應用），這是石墨烯（xī）的另一個獨特市場。另（lìng）一個裏程碑是（shì），總部位（wèi）於英國的Briggs Automotive Company（BAC）最近（jìn）推出了其Mono R單座超（chāo）級跑車，這是世界上第一款將石墨烯增強碳纖維完全結合到每個車身麵板中的量產汽車（chē）。這種方法增（zēng）強了纖維的結構特性，從而使麵板（bǎn）更堅固、更輕，同時改善了機械和熱性能。該成就是（shì）Haydale Composite Solutions（提供增（zēng）強的石墨烯（xī）材料）和Pentaxia Composites合作的結果。BAC還與全球（qiú）科學公司DSM（荷蘭海爾倫）合作，首次（cì）在Mono R上使用（yòng）增材製造。

      四（sì）、增材製造和石墨烯

      石墨烯已在多種應用中證明了其（qí）多功能性，這些（xiē）應用（yòng）還利用了相對新的增材製造技術（通（tōng）常稱為3D打印（yìn））。與傳統的機加（jiā）工或模製零件相比，在某些情況下（xià）3D打印材料難（nán）以克服強度不足的問題。通過添加石墨烯，許多3D打印材料可（kě）以提高其強度特性。在最近（jìn）的例子中，全球基礎設施服務公（gōng）司Aecom正在開發英國（guó）首批由（yóu）石墨烯增強聚合物製成的3D打印商業產品之一。該公司的CNCTArch旨在降低與在傳輸網絡上安裝數字信號係統相關的成（chéng）本。Aecom與英國工程公司Scaled合作開發了詳細的設計（jì），並使用由英國先進工程材料集團Versarien提供的新型石墨烯增強聚合物印刷（shuā）CNCTArch。

       五、石（shí）墨烯測試和檢驗

      在北（běi）美、歐洲（zhōu）和澳大利亞，有近300家公司被（bèi）石（shí）墨（mò）烯委（wěi）員會認（rèn）定和追（zhuī）蹤為石墨烯（xī）生產商。此外，僅在（zài）中國注冊的與石（shí）墨烯相關的公司就（jiù）有6000多家。
 

      在（zài）這種（zhǒng）環（huán）境下，石墨烯行業沒有標準化等級及參考材料（liào）。在材料等級和價格方麵，市場也嚴重缺乏透明度。這（zhè）使得潛在的石墨烯使用者很難確定合適的商業（yè）供應商。
 

      因此（cǐ），最近啟動了經過檢驗的（de）石墨烯生產商計劃，該計劃包括現場檢查石墨烯生產商的設施，包括對（duì）健康，安全和質量控製流程的審查。此外，從生產（chǎn）流中抽取材料的隨機樣本（běn），然後由世界一流的材（cái）料實驗室（例如英國國家物理實驗室）進行全麵表征。該計劃的（de）目的是為石墨烯生產商提供急（jí）需的獨立第三方評估。商業市場以前無法獲（huò）得（dé）的透明度對於最終用戶、客戶和投資者（zhě）而（ér）言具有很高的價值。
 

      隨著石墨烯（xī）的不斷發展和成熟，成為一種真正的工業規模材料，它有可（kě）能破壞並顯著改善數十個重（chóng）要市場，從儲能到醫療保健，從加（jiā）強基礎設（shè）施到突破（pò）傳感障礙，以及介於兩者之間。正如已經確定的40多個主要（yào）應用領域所證明的那樣，很少有石墨烯沒有表現出改善性能的潛力（強度和韌性、電導率、熱傳遞、輕量化、增加的能量密度等）。
 

      石（shí）墨烯提供了機會使用碳，碳本身不（bú）僅具有可持續性，而且還通過減少能（néng）源需求和排放，使材料（liào）使用壽命更長，提高了可回（huí）收性，從環境中清除毒（dú）素等方式（shì），使其他行業更具（jù）可持續（xù）性。
 

      即使石墨烯研究人員和學者群體（tǐ）不斷地突破人們對這種驚人的、剛（gāng）被發現才15年的材料了解的界限，但相信，石墨烯作為工業材料的下（xià）一階段將來自商業部門和石墨烯生產商，他們將共（gòng）同開（kāi）展合作項目以（yǐ）解決現實應（yīng）用中的具體問題，很難確定未來有可能出現另一種新材料以如此多種（zhǒng）有（yǒu）益的（de）方式用於如此廣（guǎng）的範圍中。