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年國際石墨烯創新大會"，2010年獲得諾貝爾獎的物理學家，第一位發現石墨烯的的安德烈·蓋姆（Andre Geim）出席。接過中國企業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，于是有關石墨烯研究的專家一片嘩然，隨后華為刪除了該微博，產品介紹會上也只字未提石墨烯，甚至連網站的產品描述，都沒有一點石墨烯的字眼。

▲華為mate8的發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構材料，是二維碳膜，盡管帶有"石墨"二字，但它跟石墨的關系也就僅限于都是C原子組成，既不依賴石墨儲量，也完全不是石墨的特性。石墨烯導電性強、可彎折、機械強度好，看起來頗有未來神奇材料的風范。

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

首先看看我們的諾貝爾獎物理學獎獲得者，第一位石墨烯的發現者安德烈·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

這樣的生產方式，做出點實驗室用品還行，但要是大規模產業化？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，哪來的大規模應用？

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法長出一層石墨烯來。

還有化學氧化還原法，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化大規模推廣生產的技術。而且這些方法也提取不出的高質量石墨烯。

▲顯微鏡下的一塊石墨烯，偽色標記。

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，但在邊緣部分往往會被打亂，成為五元或七元環。這看起來沒啥大不了的，但是化學氣相沉積法產生的“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，這些畸形環不但分布在邊緣，還存在于每“一片”這樣做出來的石墨烯內部，成為結構弱點、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用于產品中，穩定性很差。沒有低成本和高質量的石墨烯生產工藝，哪里來的規模化石墨烯產品？