過去的十幾年石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)化進步飛速，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)化應用的制備技術不是對實驗室制備過程的簡單放大，規(guī)；苽鋵χ苽浼夹g的可重復性、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。然而，石墨烯產(chǎn)品的生長工藝、原材料、設備甚至生產(chǎn)批次的不同，得到的產(chǎn)品質(zhì)量和性能參差不齊，且很難達到統(tǒng)一的標準。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域占據(jù)不可替代的位置，這正是碳纖維的規(guī)；苽浼夹g和材料品質(zhì)的不斷提升，推動了碳纖維在高端領域的廣泛應用。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)；苽鋯栴}，才有美好的應用未來。
近十年來，北京大學劉忠范院士課題組和彭海琳教授課題組在石墨烯的化學氣相沉積（CVD）制備及應用取得了一系列重要進展。針對高品質(zhì)石墨烯薄膜的CVD制備，課題組發(fā)展了多種石墨烯CVD生長方法，對其疇區(qū)尺寸、層數(shù)、潔凈度、摻雜和生長速度進行了精確調(diào)控，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、石墨烯薄膜連續(xù)批量制備和綠色無損轉(zhuǎn)移，并研制了超級石墨烯玻璃和石墨烯基LED器件。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瓶頸及探索其高端應用技術，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。
最近，劉忠范院士課題組和彭海琳教授課題組應邀在國際著名刊物《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行了深入的探討分析，并提出了“標號”石墨烯的概念和石墨烯未來可能的“殺手锏”級應用。
文章指出，石墨烯市場亟需標準化。石墨烯標號規(guī)則應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、電導率、透光率、功函數(shù)、熱導率等）等。材料制備和應用探索的努力方向是材料的一體化。即石墨烯與其他材料復合，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”級應用的途徑之一。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，我們才會迎來石墨烯產(chǎn)業(yè)的朝陽時代。
以上綜述文章的通訊作者為劉忠范院士和彭海琳教授，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。
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