石墨烯技术发展到什么阶段了？距离商用有多远？ 第1页

2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，利用撕透明胶带的方法，成功地从石墨中分离出单层原子排列的石墨烯，两人也因此获得2010年的诺贝尔物理学奖。

石墨烯是仅有一层原子厚度(0.334nm)的二维蜂巢状晶体，是目前世界上最薄、最强韧的材料。它可以堆叠形成三维结构的石墨，可以卷曲形成一维结构的纳米管，也可以包裹形成零维的泰勒烯。

从石墨烯发现的那一天起，它就已经成为研究的热点和焦点，在超级电容器、透明电极、海水淡化、发光二极管、传感器、储氢、太阳能电池、催化剂载体、复合材料、生物支架材料、生物成像和药物输送等领域有广泛的应用。^[1]

但是石墨烯现在仍然处于一个比较尴尬的位置，因为不同制备方法得到的石墨烯，它的功能性能也有着或多或少差异，便宜的几十块钱一克，贵的成千上万一克。

性能差但便宜的石墨烯不能用到高精尖的元器件上，只能用在一些对纯度和性能要求低的普通产品上，比如有石墨烯抗菌功能的内裤，但是这样的产品卖出来也要最少一两百块钱。这种价格消费者购买的时候就会犹豫了。

而那些优质石墨烯制作的高精尖的产品，就更难飞入寻常百姓家了。

石墨烯常用的制备方法：

石墨烯制备方法各有千秋，却仍有缺陷，如有些方法适用于基础研究，但却无法进行大规模工业化生产;有些方法即使能进行大规模生产，但成本高，且产量较低。这也是同为石墨烯，但是价格却千差万别的原因了。

因此，实现工业化生产低成本高品质的石墨烯对拓展该材料体系的应用前景具有重要意义，这也是目前学术界和工业界的关注热点之一。

目前能够比较大规模制备的方法主要为氧化还原法和化学气相沉积法，且制备的石墨烯质量也相对较高。^[2]

氧化还原法：

氧化还原法是将石墨先氧化成为氧化石墨烯（GO），使其表面具有含氧官能团（如羧基、羟基、羰基和环氧基）；再利用化学还原、热还原等方法，将含氧基团从氧化石墨烯表面去除（削弱），从而获得石墨烯。

石墨烯本身由于分子间的作用力非常强，难溶于水和有机溶剂；但氧化石墨烯GO则由于表面和边缘存在大量的羟基、羧基、环氧等基团，从而成为一种亲水性物质，可以通过对其溶液进行强力搅拌或超声振动等方法进行分散，得到GO薄片。

该方法是目前较为常见的低成本、高效制备大面积石墨烯薄层材料的化学方法。

化学气相沉积法（CVD，chemicalvapordeposi⁃tion）:

是利用高温将甲烷裂解成碳原子，并渗入金属基底表面；温度降低后，碳原子就会在金属表面形成一层或数层石墨烯薄片，制得石墨烯。目前化学气相沉积法常用的金属基底为镍或铜。CVD法制备的石墨烯内部缺陷少、面积大，可将其制成柔性透明导电材料，用于太阳能电池、发光二极管以及触摸屏等。

虽然CVD技术有着各种工艺优点，但反应过程中会生成杂质，且对设备的依赖性较强，使石墨烯制备成本较高。

这还是只是石墨烯制备上的难点，在使用的时候石墨烯也很矫情。一般石墨烯纳米级别的时候性能最好，但是在合其他物质配成溶液的时候，就很容易团聚起来变成微米级，这时候材料性能就发生了明显改变。

例如纳米级的石墨烯是无色透明，透光率达97%以上，但是微米级的时候就变成黑乎乎的一团，如果溶液分散性不好就很大制约了使用效果。

上文提到的石墨烯抗菌内裤听上去挺搞笑的，但是作为纺织品化学工程师的我要说，确实是有实际效果的。

对石墨烯的抗菌机理的研究，认为主要有以下三种：

（1）机械破坏理论：即石墨烯能够将细菌包裹起来，使其与外界环境隔离，由于无法吸取营养而达到抑菌效果。同时，其锋利的边缘对细菌细胞膜还有物理切割作用。

（2）氧化应激理论：即碳系材料通过破坏或氧化细胞内的结构及组分，来扰乱微生物代谢的过程。

（3）磷脂抽提理论：这是最新的抗菌机理。石墨烯独特的二维结构，可以使其与细菌细胞膜上的磷脂分子发生超强的相互作用，导致大量磷脂分子脱离细胞膜并吸附到石墨烯的表面，细胞膜被严重损坏，胞内基质大量外泄而致使细胞死亡。^[3]

不过现在市场上鱼龙混杂，炒概念噱头的非常多，毕竟没有一个成熟的行业制度规范，也可能拿个铅笔涂几下也说含有石墨烯，不过这也从侧面证明了目前石墨烯商业化很差。

参考

1. ^ 于荣荣,田明伟,曲丽君.石墨烯复合纤维与纺织品的功能整理研究进展[J].成都纺织高等专科学校学报,2017,34(03):180-184
2. ^ 何叶丽.纺织品的石墨烯功能整理[J].印染,2018,44(06):48-54.
3. ^ 王玉姣,田明伟,曲丽君.石墨烯的研究现状与发展趋势[J].成都纺织高等专科学校学报,2016,33(01):1-18.