從富勒烯到石墨烯,怪異的中國式創(chuàng)新

albert.tang

導(dǎo)讀：國內(nèi)對新技術(shù)的理解和開發(fā)，速度驚人。但是有時(shí)候一些問題不由得讓人擔(dān)心。

如果材料本身有意識，所有的材料一定都嫉妒石墨烯。這家伙紅得發(fā)紫，是當(dāng)下材料領(lǐng)域最耀眼的明星。
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) E4 o% O7 O, M5 m* w" ~( ~# f% ]細(xì)想下來，我在材料科學(xué)這個(gè)領(lǐng)域居然混了將近20年了。96年是國家863成果10周年成果展覽，想起當(dāng)時(shí)的盛況，恍如昨日。
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如果說那一年最耀眼的材料明星是誰，當(dāng)之無愧的是富勒烯。

不知道是偶然還是必然，20年，人們對功能材料的最前沿的探索居然都集中在碳這個(gè)最常見的家伙身上。這2個(gè)家伙的境遇和經(jīng)歷有著驚人的相似。都是單質(zhì)碳的不同表現(xiàn)形式；都是諾獎(jiǎng)的成果；都是集萬千寵愛與一身。不同的是，富勒烯的結(jié)構(gòu)在自然界不存在，是人用高的能量制備出來的，成為碳在自然界的第三種存在形式；石墨烯的結(jié)構(gòu)本來就有，只不過是將石墨的片層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分離到單層結(jié)構(gòu)而已。
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更加詭異的是，這2個(gè)東西居然都被人們寄予數(shù)不清的期望：儲能，超導(dǎo)，光電，信息存儲，從新能源到生物醫(yī)藥，其跨界之大簡直無出其右，似乎這個(gè)東西可以解決人類所有的問題。
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4 H7 j* J3 \' B富勒烯從問世以來，研究其合成，改性和應(yīng)用的論文汗牛充棟。到今天，以富勒烯為基礎(chǔ)的應(yīng)用成果在哪里？環(huán)顧四周，我們茫然不知。

" |2 e) ]* f8 i# ~* K石墨烯的今天，與富勒烯何其相似乃爾！

7 z; x) l$ U6 F* a2 B* k0 M/ M7 \- Y目前最靠譜的似乎是在新型的電池中，更確切的說實(shí)在新型超級電容器中的應(yīng)用研究。但是，似乎人們或有意或無意的都回避了一個(gè)問題，石墨烯的批量制造問題。這個(gè)與納米材料的狀況很接近。石墨烯的很多特別性能都是建立在其單層結(jié)構(gòu)上。但是批量獲得一個(gè)原子厚度的石墨單層在未來的幾年我看不到希望。最終很可能走向這樣的結(jié)果：像當(dāng)年的納米材料一樣，我們對石墨烯的制造會漸漸淪為比較薄的石墨片狀結(jié)構(gòu)，至于到底是單層還是幾十層或者更多，天知道�。�納米材料的批量制造技術(shù)就是如此，我們很快就將納米材料的制造技術(shù)降低到如何將尺寸做到100納米下，至于納米材料最基本的要求，即對其微觀結(jié)構(gòu)的排列，誰去管他�。┎坏貌怀姓J(rèn)，我們在對新興技術(shù)的庸俗化方面的本事的確不小。
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6 u9 J9 L) l& w國內(nèi)的對新技術(shù)的理解和開發(fā)，速度驚人。但是有時(shí)候一些問題不由得讓人擔(dān)心。

* r6 M% N- W6 s/ w, }% @江蘇已經(jīng)出現(xiàn)了一大批用石墨烯為名頭的企業(yè)。我都不知道在石墨烯的批量制造還沒有影子的情況下，他們拿什么去銷售。但是，人家就是有本事每年將石墨烯銷售了幾千萬甚至更多。據(jù)說主要用于LED的散熱。用腳趾頭也能想得到，他們的所謂的石墨烯其實(shí)就是石墨（這個(gè)東西本來即使片狀結(jié)構(gòu)，本來就可以導(dǎo)熱和導(dǎo)電）。無非是利用一個(gè)噱頭增加銷售，獲得國家經(jīng)費(fèi)支持。這種做法對石墨烯的未來開發(fā)到底是好是壞，目前不得而知。好處是，企業(yè)用這種方法是石墨烯在市場推廣方面先混一個(gè)臉熟，真的技術(shù)突破了，大家只會驚喜大大的。也就是賺足了吆喝，造足了聲勢，降低了未來的市場接受難度。壞處就是怕一群混蛋攪渾了一池春水，壞了名聲。以后即使真的有了好的石墨烯技術(shù)，在資本市場和產(chǎn)品市場也沒那么吸引眼球了。那樣的話，對那些辛辛苦苦從事石墨烯的開發(fā)的機(jī)構(gòu)來說，絕對是災(zāi)難。
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我暗自祈禱（盡管我不知道向誰祈禱，我不信任何神），石墨烯不要走了富勒烯的老路。
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  G8 n: ^" x6 H: p" k- B6 q批量制造單層石墨烯從09年開始就不是什么難題

就是在銅箔基底上化學(xué)氣相沉積�，F(xiàn)在國內(nèi)賣化學(xué)氣相沉積做單層石墨烯的爐子的廠商都一堆了。而且買石墨烯做下游正經(jīng)的應(yīng)用肯定要做拉曼光譜表征，這是最基本的質(zhì)量控制，沒有人如你所說的這么傻。拉曼光譜很容易分辨石墨烯是單層還是多層，而且拉曼光譜儀早就被國內(nèi)廠商給白菜化了

你怎么能用過時(shí)的錯(cuò)誤的信息來誤導(dǎo)不了解內(nèi)情的讀者

批量制造單層石墨烯至今仍是難題
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* k' \  g& g$ u# e, o. c+ }; b雖然CVD以及各種變種CVD在單層石墨烯制備方面已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，最近已經(jīng)可以制造厘米級的單層石墨烯單晶。但是從工業(yè)制造或者商品化制造的角度來說，批量制造石墨烯仍然存在巨大的困難。
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困難1：

高品質(zhì)單層石墨烯的制備規(guī)模，受限于CVD設(shè)備的腔體尺寸�，F(xiàn)有CVD方法還不能實(shí)現(xiàn)單層石墨烯的連續(xù)制備。雖然日本人展示過所謂的長達(dá)100米的石墨烯，但是材料表面破洞很多，完全不堪使用。CVD石墨烯的連續(xù)制備技術(shù)以及產(chǎn)品良率問題，目前都還沒有解決好。

困難2：
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高質(zhì)量的石墨烯轉(zhuǎn)移方法，常用的濕法刻蝕轉(zhuǎn)移，往往帶來褶皺、雜質(zhì)、破損等問題，難以實(shí)現(xiàn)大批量的轉(zhuǎn)移；多年前韓國人搞的輥對輥技術(shù)，根據(jù)國內(nèi)一些廠商的實(shí)踐表明，存在很多細(xì)微但是難以解決的問題，也不堪使用。
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) {; ]. ]" P6 \困難3：
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% `/ \7 ~1 A( _' D困難1和困難2的結(jié)合，即實(shí)現(xiàn)CVD石墨烯的連續(xù)化制備和轉(zhuǎn)移，兩者匹配對接，形成自動(dòng)化的生產(chǎn)技術(shù)，這在前兩個(gè)困難沒有解決的情況下是沒有啥出路的。

1 Q% ~! x$ V+ S6 S困難4：
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7 e3 P" A0 a8 H- s即使解決了上述三個(gè)困難，石墨烯面對現(xiàn)有的一些技術(shù)并不存在多少優(yōu)勢，比如ITO，比如碳納米管膜，比如納米銀線。。石墨烯面臨強(qiáng)勁的競爭對手，能否勝出還很難說。
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困難5：

. J' E0 K$ @2 h, j7 V即使石墨烯連困難4也解決了，還有個(gè)商業(yè)角度的困難：為了干掉ITO，石墨烯售價(jià)必然不能高，于是乎產(chǎn)品的附加值太低，利潤率太低。
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7 g8 H! `9 b+ r' e* ~困難6：

有些人借著石墨烯的名頭渾水摸魚、掛羊頭賣狗肉，敗壞行業(yè)的聲譽(yù)，摧殘行業(yè)的長遠(yuǎn)前景，令人憂慮。從兄臺的帖子來看，想必平時(shí)也看了些這方面的資料。殊不知石墨烯有關(guān)的新聞和會展，炒作風(fēng)氣過甚，不少已經(jīng)淪為資本運(yùn)作和股市操作所需的故事了。


有此六難，樓主的說法其實(shí)并不為過。他的擔(dān)心在很多真正關(guān)心在意石墨烯發(fā)展的人的心里，也都有類似的擔(dān)心。尤其是困難6，令人無奈。
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  h3 H% _0 q) x& h% z7 U兄臺此言深得我心
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; d- E( b/ y8 ~; J* V一些網(wǎng)友對某些技術(shù)成果的理解和我的一個(gè)曾經(jīng)的合伙人很像，聽風(fēng)就是雨。他們往往會把宣傳上的，理論上的以及理想狀態(tài)下的東西當(dāng)作實(shí)際存在的東西�？墒鞘聦�(shí)上我們真正從事材料科學(xué)研究的人對此中苦真是不足為外人道。
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# h# U: G4 s3 t7 |6 i  ^一個(gè)蒙脫土的插層化合物，到現(xiàn)在都沒有真正被市場接受。

! K+ |* O8 O  K, S" t, Z想石墨烯這樣的高表面能的東西要穩(wěn)定存在并使用談何容易？

$ r+ f. F( O( Z! i& H$ _& `而行業(yè)內(nèi)的人士如果不是專心于后續(xù)的開發(fā)，而是熱衷于炒作概念，破環(huán)型開發(fā)技術(shù)資源，那么后果絕對是災(zāi)難性的。

有朋友提醒我說，不要忽視資本的逐利力量。
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2 p- W! {/ Y" v. c2 s: `言外之意只要真的有好的技術(shù)，不愁沒人支持。但是這些人不知道的是，如何評價(jià)一個(gè)新技術(shù)，尤其是材料科學(xué)的技術(shù)，本身就是很不容易的事情，它需要很多的配套條件才可以。事實(shí)上，很多的材料科學(xué)技術(shù)成果，需要花一半的精力在后面的純粹應(yīng)用測試方面。這個(gè)工作室需要大量的投入的。沒有足夠的資本支持和下游應(yīng)用支持，基本是沒戲的。

) y5 Z( W9 R) _! Z, I1 O/ D$ R: x現(xiàn)在的商業(yè)石墨烯多是多層或單層石墨烯片

  y' O$ B7 e. @每片大小不固定，幾百微米到幾十納米都有，這個(gè)跟完全的單層石墨烯固然不同，但跟石墨也是不同的。用作電極的時(shí)候的確電子傳導(dǎo)性是不錯(cuò)的。

* w6 \5 A4 z3 {+ o6 q至于富勒烯，富勒烯及其衍生物也是很好的電極材料，如PCBM，現(xiàn)在在太陽電池里很有用，雖然貴，但用量也不多。
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. w! t* b9 r2 U# \' k3 l炒作的時(shí)候夸張，但也不能走另一個(gè)極端，它們的確是有用的。
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! h: R( l8 h9 a正常的現(xiàn)象不要太感慨了。
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" C& ~4 D/ S# X, L) t$ p; Q2 q+ ?一個(gè)表現(xiàn)出了極特殊，罕見的理化現(xiàn)象的材料自然是值得科學(xué)界興奮的。之后它能如何應(yīng)用，大規(guī)模生產(chǎn)，是否能商業(yè)化本來就是一個(gè)很漫長，充滿不確定性的過程。

比如說鋁，從發(fā)現(xiàn)到大規(guī)模制備化了50多年，再到真正應(yīng)用到日常生活又是幾十年，到成為最常見和重要的金屬又是幾十年。

說到富勒烯，樓下提碳納米管一定不知道碳納米管也可以算富勒烯的一種。而他們在生物醫(yī)學(xué)界的運(yùn)用也在逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，25年很長么？

; O+ {2 y* f# D; ?! E* H+ p至于石墨烯，假的是很多，單真的也不少。常州那個(gè)50噸是比較實(shí)在的，單層制備也不存在難度，也有不少產(chǎn)品。更不用說石墨烯粉了。至于說啥時(shí)候能在身邊看見，25年真不長。
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# v" ^' ~, R+ e20年前我的本科論文就是OLED材料，可惜我沒那個(gè)耐心做下去，而且做下去九成九也是個(gè)死，但這真是太正常了。至于期望和現(xiàn)實(shí)的落差，不是永恒，普遍地存在么？比如照片，婚姻還有共產(chǎn)主義接班人。
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現(xiàn)在是鈣鈦礦
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0 b1 K) i- D0 P, ]最近Science陳煒的文章，稱已初步綜合解決幾大難題

0 }! c7 K* {& Q; @即不穩(wěn)定性、滯后效應(yīng)、大面積制備(>1cm2），此工作掛了韓禮元和G神的雙重名頭，在1平方厘米實(shí)現(xiàn)了18%的穩(wěn)定效率，看上去不錯(cuò)，據(jù)說已有風(fēng)投意向了，去他們那里工作一把鍍鍍金，沒準(zhǔn)有機(jī)會弄到原始股……

鈣鈦礦（主要指的是有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦MAX3）這個(gè)材料很有意思，電子和空穴都能很好的傳導(dǎo)，和石墨烯這種只傳導(dǎo)電子的不同，而且它的晶界和傳統(tǒng)的硅電池不同，不但不是電流消耗區(qū)，反而是增強(qiáng)區(qū)。自從12年G神那篇文章出來，一開始大家主要是想方法做效率，去年自從那次廈門會議以后，這一年有不少組在努力做機(jī)理了，出來了不少有意義的結(jié)果，現(xiàn)在20.6%的最高效率也是眾人努力的成果，希望明年我的組也能攻克瓶頸，呵呵……。

確認(rèn)一下！“鈣鈦礦（主要指的是有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦MAX3）這個(gè)材料很有意思，電子和空穴都能很好的傳導(dǎo)，和石墨烯這種只傳導(dǎo)電子的不同，”這段確定無誤？今天我們還在討論石墨烯作為雙極性零帶隙半導(dǎo)體的特殊性呢。
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8 t) K0 {( g4 B' O$ O* c那就奇怪了，如果是這樣的話就不應(yīng)該用石墨烯做上電極了
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6 ^4 ~' i! T* D  n7 D4 P2 }n-i-p結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池里上電極必須傳導(dǎo)空穴而隔絕電子，下電極相反，否則電子和空穴容易復(fù)合。石墨烯作空穴傳導(dǎo)材料我還沒聽說過，所謂石墨烯的雙極性零帶隙應(yīng)該是各向異性的吧？通常說石墨烯電子傳導(dǎo)優(yōu)異是指的其水平方向電子有效質(zhì)量接近于零，零帶隙也是這個(gè)方向，垂直方向是有勢壘的，帶隙怎么可能為零？而空穴傳導(dǎo)的話，水平方向的空穴有效質(zhì)量應(yīng)該不小吧？也許是指的其垂直方向可以傳導(dǎo)空穴？鈣鈦礦可以傳導(dǎo)空穴是與其框架結(jié)構(gòu)有關(guān)的，石墨烯可能也應(yīng)如此。

材料領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的突破，往往和特殊歷史環(huán)境匹配的。比如戰(zhàn)爭和冷戰(zhàn)，那時(shí)候是不計(jì)較成本尋找突破再突破，然后才有了各種應(yīng)用的嘗試。

. r- ]0 d0 N% }( y* @7 B我擔(dān)心的就在于此。
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2 P+ L7 v7 Z8 W2 x& r材料科學(xué)的突破是依賴于很多匹配條件的。也就是說，其實(shí)他的成果的推廣是有一定的困難性和脆弱性的。

破壞性的開發(fā)之后帶來的是資本對其興趣的缺失。這個(gè)就很討厭了。那時(shí)候即使有好的東西出來，缺少配套和匹配條件，也很容易夭折。
就像現(xiàn)在，如果一個(gè)人發(fā)明了一項(xiàng)技術(shù)，可以大幅度減低納米粉體的表面團(tuán)聚和生長。這個(gè)時(shí)候如果他要融資或者申請經(jīng)費(fèi)，就面臨一個(gè)很尷尬的狀況，可能無人喝彩。
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換個(gè)角度，也許這種環(huán)境即將啟動(dòng)或者已經(jīng)啟動(dòng)了，原本我不該說這個(gè)。但是一些類似的事情，不惜代價(jià)在可能突破領(lǐng)域砸錢的事情正在發(fā)生，一些數(shù)字我知道后都覺得瘋狂。
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* A! S4 m0 `4 n. m9 m. Q“發(fā)明了一項(xiàng)技術(shù)”是“如果”，“無人喝彩”是可能你的前提條件太多了，知識分子嘛，往往想的太多擔(dān)心太多，所以有“杞人憂天”這個(gè)成語，從我們現(xiàn)在的角度看，他的思考其實(shí)完全是符合宇宙運(yùn)行規(guī)律的，但是值得去擔(dān)憂嗎？

你還是低估了資本逐利的決心和勇氣，為了百分之百的利潤，他們可以冒上絞刑架的風(fēng)險(xiǎn)。只要東西真的好，能來利潤，擔(dān)心沒人投資？資本家分分鐘拿錢砸死你。
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------------------------我是美麗的分割線，轉(zhuǎn)發(fā)自“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”-----------------------------

所羅門_x

還是那句老話，沒立項(xiàng)如何申請資金？官員的政績?nèi)绾误w現(xiàn)？學(xué)校，教授等如何提升知名度？一個(gè)項(xiàng)目牽扯的是一群人，所謂一人得道雞犬升天！如果不成功呢，反正是科學(xué)難題，誰又有本事證明咱們錯(cuò)了？

面壁深功

富人烯也好，石人烯也罷，印象中，只要帶烯字音的幾乎都是珍品。

albert.tang

面壁深功 發(fā)表于 2016-10-28 16:21
8 G/ v6 R. \( N$ Z/ z富人烯也好，石人烯也罷，印象中，只要帶烯字音的幾乎都是珍品。

物以“烯”為貴

albert.tang

所羅門_x 發(fā)表于 2016-10-28 15:22
還是那句老話，沒立項(xiàng)如何申請資金？官員的政績?nèi)绾误w現(xiàn)？學(xué)校，教授等如何提升知名度？一個(gè)項(xiàng)目牽扯的是一 ...

就像當(dāng)年的納米被炒爛