探索CVD石墨烯应用开发的未知水域

General Graphene讨论了将石墨烯带出实验室并进入现实世界的高度复杂的过程。

石墨烯 – 有史以来第一个二维纳米材料 – 于2004年由Andre Geim和Konstantin Novoselov分离并表征，他们因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。现在是2022年，石墨烯仍然没有进入现实世界，每个人的脑海中仍然存在几个大问题。石墨烯具有惊人的特性，但它的用途是什么？如果石墨烯如此伟大，为什么没有人在现实世界中使用它？什么花了这么长时间，石墨烯的下一步是什么？

每一种新材料或创新都会经历一个期望膨胀和幻灭的循环，然后期望被重新调整，达到生产力的高原。石墨烯正处于进入生产力平台的风口浪尖，但石墨烯产业仍然笼罩着混乱和不确定性的阴云。

一种材料？

迄今为止，大多数市场认为石墨烯是一种材料，并且几乎完全将其与颗粒形式相关联 – 通常称为氧化石墨烯，还原氧化石墨烯或石墨烯纳米片。

在花了七年时间研究石墨烯并成功找到大规模生产它的方法之后，我们已经了解了有关该材料的某些东西，这有助于澄清它是什么和不是什么。

石墨烯是一系列碳基纳米材料，具有各种原子和物理结构配置，最常见的形式是颗粒和薄膜。

石墨烯不是一种一刀切的材料，为了在各种应用中应用石墨烯，生长过程必须具有适应性，并且根据最终应用涉及几个优化和功能化步骤。

从中最重要的一点是，石墨烯的性质取决于几个因素——层数、缺陷密度、使用的基板、晶体尺寸和掺杂剂的使用。这意味着具有适应性的工艺对于为特定的最终应用定制石墨烯的特性至关重要。当然，一个不可扩展且具有成本效益的适应性过程只能解决三分之一的问题。

石墨烯：除了离开实验室，它可以做任何事情

石墨烯行业的每个人都非常熟悉这种说法，回顾过去二十年，石墨烯不幸落入了我们都听到和读到的利基技术桶。他们声称有能力实现革命性和改变世界的突破，但由于某种原因，他们看不到曙光，也从未进入现实世界。

当石墨烯被发现时，人们很快就将其标记为“神奇材料”和世界上最坚固，最薄，最导电的材料。这些特性确实存在，但仅限于纳米级，并且不容易缩放到人类大小。即使在纳米尺度上 – 虽然仍然引人注目 – 石墨烯的特性也没有达到过去十年中流行的不合理炒作水平。

重点是石墨烯是什么，而不是它能做什么。实际上，由于这种错位的焦点，人们对石墨烯的理解最终被扭曲和误导。这在今天的市场上仍然很明显。大约90%了解石墨烯的人认为它是一种材料，并将其与颗粒相关联 – 最常见的是黑色粉末。此外，市场上几乎每个人都认为石墨烯是一种“一刀切”的材料，其特性可以一致地应用于广泛的应用。

世界还没有接触过纳米材料，这意味着理解和应用石墨烯的特性是一项陡峭的学习曲线的任务 – 公众对石墨烯的期望和解释变得更加困难。

对此的唯一答案是建立石墨烯作为材料的可信度，并采取措施扩大最初的研究工作。这取决于具有成本效益的石墨烯的大规模可用性以及一致和可重复的质量。

不幸的是，大规模生产被证明是困难的，这意味着收集石墨烯在实际应用中的使用数据和证据是一项艰巨的任务。对于使用化学气相沉积（CVD）制成的石墨烯薄膜尤其如此 – 该过程仅限于石英管炉，这些炉子非常耗时，因为它们在真空条件下运行并且只能产生少量石墨烯。

许多人注销了石墨烯，并声称由于大规模生产的难题，它永远不会进入现实世界。使用化学气相沉积制成的石墨烯薄膜的大规模生产几率要低得多，因为即使是诺贝尔奖获得者也表示无法做到这一点。

实验室到晶圆厂

2017年，General Graphene公司成功委托了GG 1.0 – 这是一个概念验证，展示了在大气条件下制造CVD石墨烯的能力。这是一项前所未有的成就，因为CVD工艺仅限于真空条件 – 它点燃了通用石墨烯的目标的火花，即为各种最终应用制造可扩展，适应性强且具有成本效益的CVD石墨烯。

GG 2.0 – 一条试验生产线 – 于2019年投入使用，并在放大条件下证明，在大气条件下制造CVD石墨烯是实现CVD石墨烯可扩展大规模生产的可行途径。

GG 2.5 – 一个迭代设计 – 在GG 2.0之后不久投入使用。不幸的是，这个系统没有按预期工作，但通用石墨烯能够从中吸取一些重要的教训：

• 失败只会为我们的成功开辟其他道路;和
• 失败是不可避免的：关键是要从失败中快速学习，并快速而廉价地失败。

我们从GG 2.5中学到的经验教训被传承下来，并被输入到我们当前的CVD石墨烯制造系统GG 3.0中，这是一个工业规模的系统，能够以一致和可重复的质量经济高效地生产CVD石墨烯，适用于各种应用。GG 3.0是当今世界上唯一能够以行业兼容的价格和一致且可重复的质量真正工业规模生产CVD石墨烯的系统。通用石墨烯开发了数千种石墨烯生长配方，有能力和经验来调整石墨烯的特性，并针对广泛的应用对其进行正确优化。此外，通用石墨烯在将石墨烯转移到各种表面上的经验意味着它在比世界上任何其他表面上生长和转移石墨烯。

通过多种质量控制和优化技术构建真正适应性强的工业规模工艺，通用石墨烯公司能够为各种最终应用制造CVD石墨烯。自成立以来一直与应用无关，通用石墨烯的重点仅集中在CVD石墨烯的大规模生产上，并作为纯石墨烯代工厂发挥作用。这种方法使通用石墨烯能够最大限度地发挥石墨烯作为一种令人难以置信的多功能材料的潜力，并通过提供为特定最终应用量身定制的石墨烯来迎合不同市场的客户。随着GG 3.0投入使用并准备进行全面商业运营，石墨烯商业采用的最大障碍已经得到解决 – 以一致和可重复的质量进行具有成本效益的大规模生产。

石墨烯的路线图在其广泛的应用潜力和它可以帮助创造的新市场方面一直令人敬畏。然而，由于进展缓慢，它也一直是科学界许多人怀疑的主题。

归根结底，任何新材料的成功都在很大程度上取决于价格、数量和质量与最终应用兼容的大规模生产能力的存在。石墨烯有能力创造几个比材料本身大得多的新市场——就像硅一样。通用石墨烯在制造和优化CVD石墨烯以用于许多应用方面拥有七年的经验，以及世界上第一个商业规模的CVD石墨烯生产系统，通用石墨烯有信心成为CVD石墨烯商业化背后的驱动力，并最终将其带出实验室并进入现实世界。