部分資料來源《財新周刊》

編輯//魚非

我一定穿越了

提前十年看到了石墨烯地暖

2015年的石墨烯事件

2015年關(guān)于石墨烯有過2個新聞。一是10月29日青島舉辦“2015年國際石墨烯創(chuàng)新大會"，2010年獲得諾貝爾獎的物理學(xué)家，第一位發(fā)現(xiàn)石墨烯的的安德烈·蓋姆（Andre Geim）出席。接過中國企業(yè)家贈送的石墨烯理療護腰時，他意味深長的笑了。

二是11月，華為在發(fā)布Mate8之前，在微博做了造勢，說電池采用了石墨烯工藝，于是有關(guān)石墨烯研究的專家一片嘩然，隨后華為刪除了該微博，產(chǎn)品介紹會上也只字未提石墨烯，甚至連網(wǎng)站的產(chǎn)品描述，都沒有一點石墨烯的字眼。

▲華為mate8的發(fā)布引起石墨烯研究界的嘩然

石墨烯，是一種碳原子的片狀結(jié)構(gòu)材料，是二維碳膜，盡管帶有"石墨"二字，但它跟石墨的關(guān)系也就僅限于都是C原子組成，既不依賴石墨儲量，也完全不是石墨的特性。石墨烯導(dǎo)電性強、可彎折、機械強度好，看起來頗有未來神奇材料的風(fēng)范。

是不是看起來特別的美好？但是石墨烯的實際制取和應(yīng)用卻是困難重重，甚至連華為這種大型企業(yè)，都不敢說開發(fā)并大規(guī)模應(yīng)用在產(chǎn)品中。（地方上幾十個人的公司投資點廠房就開發(fā)出了石墨烯產(chǎn)品，你也敢信，你也敢用？）

首先看看我們的諾貝爾獎物理學(xué)獎獲得者，第一位石墨烯的發(fā)現(xiàn)者安德烈·蓋姆（Andre Geim）和諾沃肖洛夫是怎么制取石墨烯的。他們采用的是機械剝離法，即用膠帶在石墨上反復(fù)粘出來的，直到一個碳原子的厚度。對，沒錯，就是這么接地氣。

▲安德烈·蓋姆（Andre Geim）和諾沃肖洛夫捐贈的石墨、石墨烯、膠帶

這樣的生產(chǎn)方式，做出點實驗室用品還行，但要是大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化？開玩笑，這種剝離方式毫無用途。用膠帶一片一片的剝？給你一個石墨礦，你一天能剝幾片？而且剝離的失敗幾率特別高。沒有低成本的原材料來源，哪來的大規(guī)模應(yīng)用？

石墨烯其他人工制取方式

我們有液相剝離法：把石墨或者類似的含碳材料放進表面張力超高的液體里，然后超聲轟炸把石墨烯雪花炸下來。

我們有化學(xué)氣相沉積法：讓含碳的氣體在銅表面上冷凝，形成的石墨烯薄層再剝下來。我們還有直接生長法，在兩層硅中間直接設(shè)法長出一層石墨烯來。

還有化學(xué)氧化還原法，靠氧原子的插入把石墨片層分離，如此等等。方法有很多，也各自有各自的適用范圍。

但是迄今為止還沒有真的能適合工業(yè)化大規(guī)模推廣生產(chǎn)的技術(shù)。而且這些方法也提取不出的高質(zhì)量石墨烯。

▲顯微鏡下的一塊石墨烯，偽色標(biāo)記。

每一“色塊”代表一片石墨烯“單晶”

雖然一片石墨烯的中央部分是完美的六元環(huán)，但在邊緣部分往往會被打亂，成為五元或七元環(huán)。這看起來沒啥大不了的，但是化學(xué)氣相沉積法產(chǎn)生的“一片”石墨烯并不真的是完整的、從一點上生長出來的一片。

它其實是多個點同時生長產(chǎn)生的“多晶”，而沒有辦法能保證這多個點長出來的小片都能完整對齊。于是，這些畸形環(huán)不但分布在邊緣，還存在于每“一片”這樣做出來的石墨烯內(nèi)部，成為結(jié)構(gòu)弱點、容易斷裂。

更糟糕的是，石墨烯的這種斷裂點不像多晶金屬那樣會自我愈合，而很可能要一直延伸下去。結(jié)果是整個石墨烯的強度要減半。也因此，由這種強度的石墨烯應(yīng)用于產(chǎn)品中，穩(wěn)定性很差。沒有低成本和高質(zhì)量的石墨烯生產(chǎn)工藝，哪里來的規(guī)?；┊a(chǎn)品？