過去的十幾年石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)步飛速，然而石墨烯產(chǎn)業(yè)化仍然面臨諸多挑戰(zhàn)和問題。面向石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的制備技術(shù)不是對實驗室制備過程的簡單公式放大，規(guī)模化制備對制備技術(shù)的可重復(fù)性、安全性和成本等都提出了更高的要求。盡管從產(chǎn)能上看石墨烯的粉體和薄膜均實現(xiàn)了宏量化制備。

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商業(yè)石墨烯及相關(guān)材料

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然而，石墨烯產(chǎn)品的生長工藝、原材料、設(shè)備甚至生產(chǎn)批次的不同，得到的產(chǎn)品質(zhì)量和性能參差不齊，且很難達(dá)到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

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石墨烯及相關(guān)材料性質(zhì)

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以史為鑒，參考另一類戰(zhàn)略性碳材料——碳纖維的產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程可知，材料的品質(zhì)決定了其應(yīng)用前途。最初研發(fā)的碳纖維只能用于釣魚竿等，而今高端碳纖維材料在航天航空領(lǐng)域占據(jù)不可替代的位置，這正是碳纖維的規(guī)?；苽浼夹g(shù)和材料品質(zhì)的不斷提升，推動了碳纖維在高端領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。石墨烯產(chǎn)業(yè)只有努力扎根于材料制備，解決高品質(zhì)材料的規(guī)模化制備問題，才有美好的應(yīng)用未來。

近十年來，北京大學(xué)劉忠范課題組和彭海琳課題組在石墨烯的化學(xué)氣相沉積（CVD）制備及應(yīng)用取得了一系列重要進(jìn)展。

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石墨烯及相關(guān)材料的對比

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針對高品質(zhì)石墨烯薄膜的CVD制備，課題組發(fā)展了石墨烯的疇區(qū)尺寸、層數(shù)、潔凈度、摻雜和生長速度的精確調(diào)控的多種CVD生長方法，并率先實現(xiàn)了4英寸無褶皺石墨烯單晶晶圓、大面積超潔凈石墨烯薄膜的制備，連續(xù)批量制備和綠色無損轉(zhuǎn)移石墨烯，研制了超級石墨烯玻璃。

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上述一系列創(chuàng)新性研究成果有助于突破高品質(zhì)石墨烯薄膜的制備技術(shù)瓶頸及探索其高端應(yīng)用技術(shù)，將促使石墨烯薄膜材料和產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)理性和良性可持續(xù)發(fā)展。

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最近，劉忠范課題組和彭海琳課題組應(yīng)邀在國際著名刊物《自然-材料》Nature Materials上發(fā)表題為《石墨烯產(chǎn)業(yè)化-制備決定未來》的綜述文章 (Synthesis Challenges for Graphene Industry. Li Lin, Hailin Peng*, Zhongfan Liu*, Nature Materials 2019, 18, 520)，從石墨烯產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀和存在的問題等方面進(jìn)行了深入的探討分析，并提出了“標(biāo)號”石墨烯的概念和石墨烯未來可能的“殺手锏”級應(yīng)用。

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商業(yè)石墨烯的產(chǎn)量和性質(zhì)對比

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文章指出，石墨烯市場亟需標(biāo)準(zhǔn)化。石墨烯標(biāo)號規(guī)則應(yīng)涉及石墨烯的基本結(jié)構(gòu)（晶疇尺寸、層數(shù)、平整度、純度、摻雜度等）和內(nèi)稟性質(zhì)（遷移率、電導(dǎo)率、透光率、功函數(shù)、熱導(dǎo)率等）等。材料制備和應(yīng)用探索的努力方向是材料的一體化。

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即石墨烯與其他材料復(fù)合，利用石墨烯的附加功能，實現(xiàn)功能的一體化，這也是通向石墨烯“殺手锏”級應(yīng)用的途徑之一。

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商業(yè)石墨烯的應(yīng)用

從石墨烯的發(fā)現(xiàn)至今才十多年，這說明石墨烯還有很多可以提升和努力的空間，也告訴我們石墨烯的產(chǎn)業(yè)化不是一朝一夕可以實現(xiàn)的。制備決定未來，只有在石墨烯制備上不斷精進(jìn)，我們才會迎來石墨烯產(chǎn)業(yè)的朝陽時代。

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?以上綜述文章的通訊作者為劉忠范教授和彭海琳教授，第一作者為林立博士。該系列工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部國家重點研究計劃、北京市科委項目的大力支持。

（文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-019-0341-4）