和General Graphene公司改变我们对石墨烯的看法

在先进材料展上，AZoM与通用石墨烯的James Sherrill就石墨烯的未来以及他们新颖的生产技术将如何降低成本以在未来开辟一个全新的应用世界进行了交谈。

您能介绍一下自己并提供有关General Graphene的一些背景吗？

我的名字是Vig Sherrill，我是一名电气工程师，在我的职业生涯中有幸创办了几家以技术为基础的公司。早在2014年，我就在橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratories）接触到石墨烯，当时Ivan Vlassiouk博士开发了一种在大气条件下以一致且可重复的质量生产石墨烯片的方法。这是一个很大的突破，因为目前的做法只能以非常小的量生产真空工艺的片状石墨烯。事实上，石墨烯的笑话是，它可以做任何你需要它做的事情——除了离开实验室。因此，在2016年，我和我的合伙人格雷格·埃里克森（Greg Erickson）创立了General Graphene，专注于以一致且可重复的质量大规模生产大面积石墨烯片材。我们是与应用无关的，因为无论它有多棒，如果你不能做到，你就不能使用它。我们直到2020年才有网站，因为我们想留在雷达下，避免炒作，也不想提出我们无法证实的说法。

启动General Graphene是非常困难的，因为我们是一家以新材料为基础的公司，这是大多数投资者回避的领域，因为开发需要很长时间。为了让你了解我们面临的问题 – 让我给你我们的融资游说来筹集资金：我们将做一些以前没有人做过的事情，我们将以石墨烯专家说无法完成的数量和成本来做这件事，我们将为不存在的市场做这件事 – 我们需要2000万美元才能看看它是否有效。你可以看到这是一个艰难的销售。

好消息是，在2017年我们展示了我们的第一个小型原型之后，我们获得了Graphite India Ltd的投资，以全面开发商业卷对卷石墨烯生产系统。我们现在正在运营我们的第三代卷对卷石墨烯生产系统，该系统于去年大流行期间上线。凭借我们新的生产能力，我们现在是世界上最大的大面积石墨烯片生产商，并且非常高兴让世界知道我们的存在。

General Graphene使用化学气相沉积（CVD）技术制造石墨烯。这是什么，它与其他生产方法有何不同？

石墨烯基本上有两种。有颗粒形式（有时称为纳米片），它是几层石墨烯，其晶体尺寸以纳米为单位测量。这通常是一种非常细的黑色粉末 – 通过各种方法批量生产，通常以克或千克出售。然后是CVD生产的石墨烯，通常在铜基板上生产，是单个原子厚，晶体尺寸以毫米为单位，并按面积而不是重量出售。作为参考，两种形式的石墨烯之间的差异就像普通沙子和硅片之间的差异。两者都由硅制成，但沙子非常便宜，硅片非常昂贵。两者都很有用 – 但方式非常不同。

你听到的关于石墨烯的所有神奇的东西基本上都是真的 – 但只是在纳米尺度上。它根本无法扩展到人类的大小，这就是对石墨烯的许多失望（和炒作）的来源。人们听说石墨烯比钢强200到300倍，虽然在纳米尺度上是正确的，但它并不能转化为人类尺度的物体。抱歉，不过太空电梯很快就没有了。

如今，很多公司正在向塑料和混凝土中添加少量颗粒石墨烯，以使其更坚固，更耐用。相比之下，我们的CVD生产的石墨烯可用于电子产品，传感器，隔膜，加热膜，甚至触摸屏等透明导体。作为参考，大多数传感元件都是数千个原子厚 – 你可以想象一个只有一个原子厚的石墨烯传感器将更加敏感。这种新的薄度水平使灵敏度真正达到前所未有的水平。

您的石墨烯制造工艺与传统方法不同。您能详细说说吗？

当石墨烯最初以片状形式开发时，它通常是在石英管（长约8英尺，直径12英寸）内非常高的温度下使用化学气相沉积（CVD）工艺在铜箔基板上生产的。传统上，这个过程非常缓慢，只产生少量的石墨烯 – 你把一块铜（通常大约一平方英尺）放进去，你拉一个真空，你放一些气体，你把它加热到超过1000C，神奇的事情发生了，你让石墨烯形成，你让它冷却下来，你释放真空， 然后你把你的作品拉出来。你可以看到，生产少量石墨烯需要花费大量的精力和时间，这就是为什么CVD历来很昂贵的原因。

图片来源：General Graphene公司

虽然我们分享了其中的一些过程，但我们的实现是根本不同的。我们通过连续的卷对卷工艺生产石墨烯，该过程向大气开放 – 您可以站在我们30米机器的一侧并看到它。我们在系统内部使用石英、类似的气体和温度 – 但是我们定位和加热基板的方式与流入和流出我们系统的气体的分压相结合，使整个平台非常模块化和可扩展。我们的工艺拥有相当多的专利，这些突破使我们能够自2020年以来将生产成本降低三个数量级以上。它是当今唯一能够以一致且可重复的质量和工业价位连续生产石墨烯的系统。

有趣的是，我们的整个工艺发展归结为真正理解制造石墨烯的科学。一旦我们真正理解了这一点，它就变成了大规模生产的工程工作。为了保持这一点，我们的第四代CVD生产线已经在绘图板上。

有了石墨烯的所有奇妙特性 – 为什么我们没有在行业中看到它更多？

大约在2010年，如果你试图购买一平方米的石墨烯，它超过一百万美元。我们当时开玩笑地说，地球上唯一比重量更贵的东西就是反物质。从那时起，我们将成本降低了五个数量级，并且以我们目前的成本结构 – 我们可以远低于每平方米100美元。我们认为这仅仅是个开始，因为我们的技术在未来几年将大大减少。

亨利·福特（Henry Ford）曾经说过：“如果我问客户他们想要什么，他们会说一匹更快的马。因此，这不一定是客户认为他们想要的，而是石墨烯可以帮助他们解决的问题 – 或者石墨烯的哪些特性可以以他们甚至没有想到的方式被利用。这实际上是我们和客户之间的团队努力，将石墨烯应用于他们的市场。我们的客户非常了解他们的产品和市场 – 我们非常了解石墨烯。只有通过共同努力，我们才能利用石墨烯的独特性质来实现新的性能水平。

石墨烯全新市场的一个很好的例子是将其用作家庭甚至汽车的简单壁式加热器。家庭墙壁加热已经以或多或少相同的形式存在了很长时间 – 无论是电线还是管道在加热背面的墙壁后面上下运行。这些通常效率非常低下，难以实施，难以修复，并且严重限制了您对墙壁的操作。我们有一个非常好的演示，在墙的外面使用了几张石墨烯。我们用墙纸胶把它涂在上面，然后简单地在上面涂漆。这么瘦，你根本不知道它在那里。通过施加低电压，这些薄片可以提供高达50瓦/平方英尺的热量。考虑到典型墙壁的平方英尺，这是一个相当惊人的数字。此外，通过在墙的外部，它是非常有效的。如果你在两年前问我这是否是石墨烯的应用，我会说“不可能”。简而言之，我们坚信，以工业数量和价格点提供石墨烯将使我们根本没有想到的市场成为可能。

石墨烯即将到来，进入这个行业需要一些时间，但它可能会改变我们拥有的大多数东西。

石墨烯是一种可持续材料吗？

生产我们的石墨烯是一个非常可持续的过程。生产石墨烯所需要的只是空气，水和电力 – 少量的CH4投入其中。

片状石墨烯也是生物相容性的 – 就像纯碳一样。事实上，热解碳包覆心脏瓣膜已经使用了40多年，热解碳基本上是由石墨烯组成的。那么石墨烯是否带来了可持续性和生物相容性呢？绝对。

General Graphene的下一步是什么？

我们现在的首要目标是让世界知道石墨烯以工业数量存在，具有一致且可重复的质量，并且价格适合应用。我们还在TN地区以外扩展我们的生产能力。我不能随意告诉你在哪里，但我可以说，并非所有的新网站都会在美国。

虽然我们现在处于几个市场，但随着石墨烯成本下降，新市场变得可及，因此很难说我们将进入哪些未来市场。我们是一家纯粹的石墨烯公司，为我们的合作伙伴提供工业石墨烯和应用开发。例如，我们不制造生物传感器 – 我们为生物传感器制造石墨烯，并帮助我们的客户将石墨烯集成到他们的传感器中。这意味着我们的可能性是无穷无尽的，但也是不确定的。

就未来的机会而言 – 石墨烯在很多应用中都是一个很好的选择，但生产成本还需要一段时间才能与市场需求兼容。

其中一个例子是可生物降解的食品包装。一家国际食品包装供应商与我们接洽，他们希望提高可持续性。他们想用我们的石墨烯应用于纸张来取代典型的保鲜膜。这是一个极好的想法，因为石墨烯是一个很大的屏障，并且像纸一样完全可生物降解。然而，它并不适合我们现阶段的成本模型，并且是一个想法的例子，在更远的地方你会看到石墨烯用于此。

关于詹姆斯·谢里尔

Sherrill先生创办了多家高科技公司。一个演变成公开发行，两个以超过1.4亿美元的价格出售，几个是盈利和持续的。

他筹集了超过6000万美元的风险投资，他的公司创造了超过6亿美元的收入。迄今为止，他最令人兴奋的公司是General Graphene，它是大面积片状石墨烯生产的全球领导者。