从富勒烯到石墨烯

dasa

如果材料本身有意识，所有的材料一定都嫉妒石墨烯。这家伙红得发紫，是当下材料领域最耀眼的明星。
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细想下来，我在材料科学这个领域居然混了将近20年了。96年是国家863成果10周年成果展览，想起当时的盛况，恍如昨日。
2 r. d! G4 z! o如果说那一年最耀眼的材料明星是谁，当之无愧的是富勒烯。
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不知道是偶然还是必然，20年，人们对功能材料的最前沿的探索居然都集中在碳这个最常见的家伙身上。这2个家伙的境遇和经历有着惊人的相似。都是单质碳的不同表现形式；都是诺奖的成果；都是集万千宠爱与一身。不同的是，富勒烯的结构在自然界不存在，是人用高的能量制备出来的，成为碳在自然界的第三种存在形式；石墨烯的结构本来就有，只不过是将石墨的片层结构进一步分离到单层结构而已。

! h' M3 X( O# k/ ?- f+ M, i& i更加诡异的是，这2个东西居然都被人们寄予数不清的期望：储能，超导，光电，信息存储，从新能源到生物医药，其跨界之大简直无出其右，似乎这个东西可以解决人类所有的问题。

富勒烯从问世以来，研究其合成，改性和应用的论文汗牛充栋。到今天，以富勒烯为基础的应用成果在哪里？环顾四周，我们茫然不知。
6 T8 @& R4 {" o1 Q4 r! B) m, N* u* @石墨烯的今天，与富勒烯何其相似乃尔！
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目前最靠谱的似乎是在新型的电池中，更确切的说实在新型超级电容器中的应用研究。但是，似乎人们或有意或无意的都回避了一个问题，石墨烯的批量制造问题。这个与纳米材料的状况很接近。石墨烯的很多特别性能都是建立在其单层结构上。但是批量获得一个原子厚度的石墨单层在未来的几年我看不到希望。最终很可能走向这样的结果：像当年的纳米材料一样，我们对石墨烯的制造会渐渐沦为比较薄的石墨片状结构，至于到底是单层还是几十层或者更多，天知道！（纳米材料的批量制造技术就是如此，我们很快就将纳米材料的制造技术降低到如何将尺寸做到100纳米下，至于纳米材料最基本的要求，即对其微观结构的排列，谁去管他！）不得不承认，我们在对新兴技术的庸俗化方面的本事的确不小。

( o/ x" F! A7 L( |国内的对新技术的理解和开发，速度惊人。但是有时候一些问题不由得让人担心。
2 Z7 a3 R' e! W4 R江苏已经出现了一大批用石墨烯为名头的企业。我都不知道在石墨烯的批量制造还没有影子的情况下，他们拿什么去销售。但是，人家就是有本事每年将石墨烯销售了几千万甚至更多。据说主要用于LED的散热。用脚趾头也能想得到，他们的所谓的石墨烯其实就是石墨（这个东西本来即使片状结构，本来就可以导热和导电）。无非是利用一个噱头增加销售，获得国家经费支持。这种做法对石墨烯的未来开发到底是好是坏，目前不得而知。好处是，企业用这种方法是石墨烯在市场推广方面先混一个脸熟，真的技术突破了，大家只会惊喜大大的。也就是赚足了吆喝，造足了声势，降低了未来的市场接受难度。坏处就是怕一群混蛋搅浑了一池春水，坏了名声。以后即使真的有了好的石墨烯技术，在资本市场和产品市场也没那么吸引眼球了。那样的话，对那些辛辛苦苦从事石墨烯的开发的机构来说，绝对是灾难。
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  G: _3 K. l+ V; {; `" Q4 G" J, a我暗自祈祷（尽管我不知道向谁祈祷，我不信任何神），石墨烯不要走了富勒烯的老路。
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dasa

# l6 y' y2 }' O, a

勤劳工作的猪 发表于 2015-12-22 21:00
! Y4 }, k' R; h公司群里一帮女人在说京东上有众筹石墨烯的披肩

照这个趋势，很快就会有吃了可以长生不老，百病不生，消除肿瘤的可食用绿色环保石墨烯了

dasa

冰蚁 发表于 2015-12-22 23:04
晶圆尺寸单晶单层石墨烯批量生产是可以的，三星发过文章介绍了生产细节。但是石墨烯有两个问题。第一，还是 ...

恕我无知，单晶和石墨烯有什么关系，更别说晶圆尺寸了。我是彻底糊涂了。难道要把石墨烯张成晶体？那不就是石墨了吗！
也可能你说的是大尺寸的二维石墨，这个说是单晶勉强说得通。但是这个技术的前提是不分离石墨烯，就是说，在哪个衬底上长，就在哪个衬底上用。这个其实是气相沉积或者分子束外延。

dasa

冰蚁 发表于 2015-12-22 23:24
- L4 B( f$ b# ]0 E; K三星的技术就是要脱离衬底的。不然有什么意义。

晶体的意思就是有晶格结构。wafer scale 单晶单层就是整 ...

讲个故事给你听。
# y( V, u; S- s) r5 w8 V& ?$ S某日，实验室滴定管坏了，助理到外面去买。
回来后，助理对我说，人家老板说了，滴定管分2种，一种是滴酸的，一种是滴碱的。千万不要用错。说着，还拿出来一一给我说明。说着话，她忽然发现我不怀好意的笑兮兮的看着她，其他实验员也笑兮兮的看着她。助理意识到有什么不对了，她停下来疑惑地问，你们笑什么？
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3 B; Y2 P7 E9 a- Z# n7 _+ l/ o我收敛笑容，说，你对一个化学博士解释滴定管这种小儿科的东西，不觉得很可笑吗

dasa

冰蚁 发表于 2015-12-23 00:02
化学博士不去查文献，不紧跟业界动态，这个博士读得也没什么意思了吧。嘿嘿。 ...

* m, a$ O3 r# b不说了。再说就骂人了。
保持良好状态交流，呵呵

dasa

冰蚁 发表于 2015-12-23 00:37
& ?8 z. \, J- e( h/ w# [呵呵，讨论事情比较好。少说故事。

3 @% U' h" [- v0 K批评的是。我的确不该用故事说事，绕弯子说人。
) y6 @) q4 M0 u7 X$ }这个是毛病，我尽量改。
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1 P$ _1 M7 t( ?3 x9 E可能象我这类自以为是的家伙都有这个毛病

dasa

awer 发表于 2016-1-12 10:31
CVD法石墨烯，单个无缺陷石墨烯晶片尺寸达到晶圆那么大，这种可以转移啊 ...

批量生产和理论上可行事完全不同的2个概念。
8 P+ @9 n* h1 M6 B; C# K稍微想一下就知道，将单原子层大宏观面积尺寸的薄膜进行转移二不破坏时意见多么困难的事情。至少我这个脑袋还想不出神噩梦特别好的方案。三星的那个卷对卷的工艺已经证明问题多多，很难使用。

冰MM有一件事时说对了，就是石墨烯应该尽可能以所谓单晶形式存在。也就是单质碳的结晶在二维平面尽可能大的无缺陷生长。这个迄今为止没有特别好的方法的。实验室可以一块块的长出来，但是很难控制尺寸和规整程度。所以，在固体化学领域有一句大家都认可的玩笑：固体化学是艺术，不是科学。

dasa

awer 发表于 2016-1-14 09:58
另外请问一下，你做过CVD石墨烯并转移过么？

9 @4 G8 C) s: w7 y; X! r3 L兄弟，我简单说一下我的看法。不一定对，仅供参考。
首先，我没做过CVD制备石墨烯的工作。
其次，我了解这个方法的原理和缺点。
4 U8 e3 t+ E. G  m4 o2 R8 p我是从常识和逻辑以及化学原理的角度去分析这个事情。

" \4 ]: {/ l4 ]0 [5 O按照逻辑分析，石墨烯的单晶（暂时用这个词，觉得有点别扭）生长和转移如果恨容易（你的说法），那么它的的成本就会迅速下降，品质控制也不会出现问题。如果这个前提成立，那么石墨烯作为新一代透明导电材料，至少可以部分替代现有的ITO，进入下游产品。作为结果，我们在市面上就会看到类似的产品。技术不是主流产品，也是某个先锋型号或者是概念机。可是，我们没有看到产品，就意味着上述条件均不成立，抑制倒推到初始条件，即生长和转移不是一件容易的事情。
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/ g8 J% a, j" `. c/ }& U! a/ E化学原理和常识告诉我们，尺寸变小意味着比表面积变大，表面能增加。稳定性酒会下降。
' }3 E0 a- S$ X: {7 N, e/ |/ H将稳定性很低，表面能很高的材料要独立存在，是热力学极度困难的事情。因为物质有自然降低自身体系能量的趋势以求得稳定存在。
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最后再说一点专业上的东西。
你觉得石墨烯的单晶生长不会比单晶硅的生长更困难。这是有问题的。
再晶体生长中，单晶硅的生长属于自然结晶。就是说，只要控制好结晶条件，原料自然就会按照固定排列堆积起来称为单晶。二我们要做的无非是控制好条件，尽可能避免干扰导致缺陷，错位等影响单晶品质的因素。

# w% @- j2 h: [% m石墨烯是二维晶体。这个东西在单晶生长中叫做受控结晶。就是说要按照人的意志，只能想两个维度展开，不能想第三个维度堆积。这个其实是违反结晶的热力学和动力学的。所以受控生长是有难度的。

在人工晶体生长中，有一门技术叫做择优取向生长。就是利用晶体对称性的差异，在某一个维度的堆积速度可以大大超过其他维度，于是就会形成所谓的择优取向。在宏观上，就可以获得一维的晶体棒，二维的晶体片。但是这个其实都是伪一维和伪二维。因为在微观上还是多层原子堆积。只是厚度不同。
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  K4 {+ d  o$ P( p5 d石墨烯的苛刻在于，要求在其中一个维度不做生长。却要在其他2个维度做大面积无缺陷展开。所以相当困难。
9 W3 f' M/ n6 U2 a  d/ D不是不可以，是比较难。
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dasa

awer 发表于 2016-1-14 09:58
另外请问一下，你做过CVD石墨烯并转移过么？

还有，我给你一个建议。
! ^( v' R& }8 @: s, ]+ ]评价一个技术（不是科学）的成熟度和可靠性，最好不要依赖于论文，专利以及新闻报道。这些东西在行内都属于参考信息，不能完全做准。

技术和产品的稳定存在和发展，是体现在应用层面。用户和市场的检验时最具有说服力的。
我看过很多人，和我争论某某技术的前景。依据都是上述资料。最离谱的是根据被投资者提供的技术可行性分析。没有哪个被投资人在融资的时候会说自己的技术不成熟。拿这个说事，属于揣着明白装糊涂，或者是真的糊涂蛋。
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判断力事非常重要的能力，不是每个人都 具备。要培养这种能力，也不是一朝一夕之功。
很多人一张嘴，就知道他的信息来源是一手，还是二手；是商业报道，还是科技论文。