石墨烯技术发展到什么阶段了？距离商用有多远？
那么，如今石墨烯技术究竟走到了哪一步？离我们真正用上它的那一天，还有多远？
技术发展阶段：从实验室走向应用，挑战与机遇并存
目前，石墨烯的发展可以说处于一个“初具规模，逐步落地，但仍有技术瓶颈待突破”的阶段。我们已经看到不少初步的应用，但离大规模、普遍的商业化还有一段距离。
1. 制备技术：多元化探索，成本与质量是关键
剥离法（Mechanical Exfoliation）： 这是最初发现石墨烯的方法，像“胶带法”那样，通过物理方式将石墨层层剥开。这种方法可以获得高质量、少层数的石墨烯，但产量极低，成本高昂，不适合大规模工业生产。
化学剥离法（Chemical Exfoliation）： 这是目前最主流、最具成本优势的制备方法之一，也是最有潜力实现大规模生产的。通过氧化还原的方法，将石墨变成氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO），再还原成还原氧化石墨烯（Reduced Graphene Oxide, rGO）。GO易于分散在溶剂中，方便加工，但其导电性和结晶度不如高质量石墨烯。rGO则在一定程度上恢复了石墨烯的性能，但仍存在缺陷。
挑战： 如何在保证高质量（即低缺陷、少层数、高导电性）的同时，实现大规模、低成本的制备，是化学剥离法面临的最大挑战。目前，市面上大多数石墨烯产品，尤其是以GO或rGO为主的，其性能与理论值仍有差距。
化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）： 这种方法可以在铜、镍等金属基底上生长出高质量、大面积的石墨烯薄膜。CVD石墨烯在电子器件、柔性显示等高端领域具有巨大潜力。
挑战： CVD工艺复杂，成本较高，基底的转移过程容易引入缺陷，限制了其大规模应用。如何降低成本、简化转移工艺是关键。
外延生长法（Epitaxial Growth）： 在碳化硅（SiC）衬底上生长石墨烯。这种方法可以获得高质量的石墨烯，并且可以直接应用于半导体领域，但成本极高，不适合通用领域。
总结一下制备： 虽然已有多种方法，但如何在“质量”、“产量”和“成本”之间找到最优平衡点，依然是技术发展的核心驱动力。目前，市场上的石墨烯产品良莠不齐，价格也从几百元一公斤到几万元一公斤不等，这很大程度上取决于其制备工艺和最终产品的性能。
2. 性能研究：不断深入，应用边界在拓展
电学性能： 石墨烯的载流子迁移率极高，理论上是铜的数千倍。这使得它在导电油墨、抗静电涂层、超级电容器、高性能电池等领域展现出巨大潜力。
热学性能： 石墨烯的导热系数非常高，是铜的数倍。这使得它在散热材料、导热界面材料方面有广泛应用，例如用在手机、电脑等电子产品的散热模组中。
力学性能： 石墨烯的强度是钢铁的数百倍，而且非常轻薄。这使其有望成为高强度复合材料的增强剂，用于航空航天、汽车制造、体育用品等。
光学性能： 石墨烯具有优异的光学透明性，同时能吸收可见光中的2.3%。这使其在柔性显示器、触摸屏、太阳能电池等领域备受关注。
生物医药： 石墨烯及其衍生物在药物递送、生物成像、癌症治疗等方面也展现出令人兴奋的潜力，但这方面研究仍处于早期阶段，安全性和伦理问题需要深入考量。
总结一下性能： 石墨烯的“超级”特性在实验室里已被反复验证，并且在许多领域都展现出了超越传统材料的优势。然而，将这些理论性能在实际产品中百分之百地体现出来，仍然需要克服很多工程上的挑战，例如如何将石墨烯均匀地分散在基体中，如何保证石墨烯在复杂环境下的稳定性等。
3. 应用领域：百花齐放，部分领域已实现初步商用
已经有所突破且逐步商用的领域：
导电油墨/导电涂层： 在印刷电子、柔性电路板、RFID标签、抗静电包装等领域，石墨烯油墨因其良好的导电性和可印刷性，已经有产品上市。
复合材料： 在锂电池负极材料中添加石墨烯，可以提高电池的导电性和能量密度；在橡胶、塑料中添加少量石墨烯，可以显著提高其强度、耐磨性和导电性，已应用于轮胎、电线电缆、运动器材等。
散热材料： 针对电子产品日益增长的散热需求，石墨烯导热膜、导热凝胶等产品已经应用于高端电子设备中。
正在加速商业化但仍面临挑战的领域：
柔性显示/触摸屏： 石墨烯优异的导电性和透明度，是替代ITO（氧化铟锡）的有力竞争者，但成本和生产良率仍是需要解决的问题。
超级电容器/电池： 石墨烯作为电极材料，可以大幅提升储能性能，但如何与现有电池技术融合，以及成本控制，是商业化的关键。
传感器： 石墨烯对气体、化学物质具有极高的敏感性，可用于制造高灵敏度传感器，但如何提高传感器的稳定性和可靠性是重点。
仍处于研发或早期探索阶段的领域：
石墨烯晶体管（Graphene Transistors）： 这是石墨烯在电子信息领域最令人期待的应用之一，可以实现更高的集成度和更快的速度。但石墨烯缺乏“带隙”，制约了其在逻辑开关中的应用，需要进一步的研究来克服。
生物医学： 如前所述，虽然潜力巨大，但其在人体内的生物安全性、长期效果等问题，还需要大量的临床前和临床研究来验证。
距离商用有多远？“看菜下饭”，不同领域差距很大
这个问题很难给出一个统一的时间表，因为它取决于 “为哪个应用场景，以什么样的性能要求，什么样的成本” 来衡量。
“低端”应用，已经触手可及甚至已经实现： 比如在一些对石墨烯用量不大、对性能要求相对较低的复合材料（如橡胶、塑料改性）或者导电涂层领域，由于成本压力相对较小，技术成熟度也较高，已经有不少产品实现量产并进入市场。可以说，这些领域已经走在商业化的前沿。
“中高端”应用，正在加速，但仍需攻克难关： 像在高性能电池、超级电容、柔性电子、更先进的复合材料等领域，石墨烯的加入能够带来显著的性能提升，但同时也对石墨烯的质量、成本和加工工艺提出了更高的要求。这些领域，许多企业正在积极研发和推广，部分产品已经进入小规模试产或试点应用阶段，距离大规模普及还需要数年时间，可能在 35年内会有更显著的突破和商业化进展。
“颠覆性”应用，尚需时日，技术瓶颈仍待突破： 石墨烯在半导体领域（如石墨烯晶体管）的突破，或者在生物医学领域的广泛应用，这些往往是石墨烯最令人期待的“杀手级应用”。然而，它们往往面临最核心的技术难题，例如缺乏带隙、生物相容性、成本极高。这些领域，实现真正意义上的大规模商业化，可能还需要 510年甚至更久 的时间，需要基础科学研究的重大突破和工程化技术的飞跃。
总而言之，石墨烯技术正处于从“概念”到“产品”的转型过程中。
已有的商用产品，可以看作是石墨烯“小试牛刀”的成果。
未来数年，我们将看到更多性能优异、成本可控的石墨烯产品在特定领域落地，成为现有技术的“升级版”或“替代品”。
而那些能够真正“颠覆”现有产业格局的应用，则需要更长期的投入和更深入的研究。
就像当年半导体材料一样，石墨烯从实验室的耀眼光芒，到如今一点点渗透进我们的生活，这条路依然充满挑战，但也充满希望。我们不能指望一夜之间所有产品都换上石墨烯，但可以肯定的是，它的时代正在徐徐展开。
网友意见
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
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