別在家里這么干。說(shuō)真的，別這么干：基本上可以肯定你不會(huì)成功的，并且食物攪拌器以后也沒法用了。不過(guò)，在今天（4月20日）出版的一篇研究文章所附的補(bǔ)充信息中，介紹了一種在家中大量制作清潔的石墨烯片的方法。
經(jīng)剪切力剝離的石墨烯納米片的局部透射電子顯微鏡圖（解析度為原子級(jí)）
石墨烯是世界上最薄、強(qiáng)度最大的材料；可導(dǎo)電性并且質(zhì)地柔軟；石墨烯的出現(xiàn)掀起了從觸摸屏到水處理幾乎所有領(lǐng)域的一場(chǎng)變革。很多研究者都在尋找一種方法，可以量產(chǎn)高品質(zhì)的石墨烯片，這些人中就包括了來(lái)自都柏林大學(xué)三一學(xué)院（Trinity College Dublin）的喬納森·科爾曼（Jonathan Coleman）。
在一篇發(fā)表于《自然材料》（Nature Materials, 2012年影響因子35.749）的文章中，科爾曼帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)向人們描述了，他們是如何使用一個(gè)大功率（400W）的食物攪拌器，將半升水，10～25毫升洗潔劑以及20～50克石墨烯粉末（這些粉末是從鉛筆芯中提取的）一起運(yùn)轉(zhuǎn)了10～30分鐘后，產(chǎn)生了大量的、懸浮在水中的毫米級(jí)石墨烯片。這項(xiàng)研究得到了英國(guó)托馬仕雯（Thomas Swan）公司的贊助。
不過(guò)科爾曼又趕緊說(shuō)道，這個(gè)方法還包括了表面活性劑（指代前文中的洗滌劑）與石墨烯的精妙配比，而他尚未公開這一配比。（正因如此我才沒有自己動(dòng)手在家里試一試；他打算在下一篇文章中公布這一方法的詳細(xì)信息）為了分離石墨烯并對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)中要用到離心機(jī)、電子顯微鏡和色譜。事實(shí)上，使用食物攪拌機(jī)這種方法是被當(dāng)做噱頭后來(lái)才加到研究中的——主要的工作是使用工業(yè)用攪拌器進(jìn)行的。
不過(guò)，科爾曼稱，攪拌器這個(gè)例子說(shuō)明了使用這一新方法來(lái)量產(chǎn)石墨烯是非常簡(jiǎn)便的。托馬仕雯（Thomas Swan）的商務(wù)總監(jiān)安迪·古德溫（Andy Goodwin）稱他們已經(jīng)對(duì)這項(xiàng)受專利保護(hù)的過(guò)程進(jìn)行了中試，該公司希望能在今年年底達(dá)到日產(chǎn)量1kg，產(chǎn)品以干燥粉末或者液體分散物的形式銷售，買家可將產(chǎn)品噴涂在其他材料表面上。
“這是向低成本、大規(guī)模制造石墨烯邁出的重要一步，”英國(guó)劍橋大學(xué)（University of Cambridge）的一位石墨烯領(lǐng)域的專家，安德亞·費(fèi)拉里（AndreaFerrari）說(shuō)道?！斑@種方法制出的石墨烯，在品質(zhì)上接近已報(bào)道的最好的石墨烯，并且生產(chǎn)效率比之前提高了好幾百倍。”
5L 石墨烯懸濁液（在工業(yè)攪拌器中）
這種方法制出的石墨烯片的品質(zhì)還無(wú)法和安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Kostya Novoselov）制出的相提并論，這兩位來(lái)自曼徹斯特大學(xué)的學(xué)者、同時(shí)也是2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主，使用透明膠帶從石墨中剝離出了石墨烯。在大小方面，與目前企業(yè)中使用氣相沉積法一個(gè)原子一個(gè)原子長(zhǎng)出來(lái)的幾米見方的石墨烯片相比也相形見絀。不過(guò)，除了用于高端電子設(shè)備，比較小的石墨烯片就足夠了——真正的難點(diǎn)在于如何量產(chǎn)。
盡管目前石墨烯的年產(chǎn)量有幾百噸——你可以很容易的在網(wǎng)上買到——但是質(zhì)量參差不齊。很多石墨烯片存在大量結(jié)構(gòu)缺陷，或者表面被厚厚的化學(xué)物質(zhì)所覆蓋。這些都會(huì)影響石墨烯的導(dǎo)電性和其它性質(zhì)，并且這些石墨烯片有好幾百層厚?！拔矣X得很多公司的產(chǎn)品甚至都不能稱作是石墨烯，”科爾曼說(shuō)道。
這個(gè)攪拌器工藝生產(chǎn)出的石墨烯比較小，平均4～5層厚，不過(guò)沒有結(jié)構(gòu)缺陷——這就意味著其導(dǎo)電性很好?？茽柭J(rèn)為攪拌器在液體中產(chǎn)生的剪切力足夠?qū)⑹氖珘K兒中分離出來(lái)。（“就像打撲克的時(shí)候滑牌一樣，”科爾曼解釋道。）
使用食物攪拌器并不是生產(chǎn)高品質(zhì)石墨烯唯一的方法。費(fèi)拉里還認(rèn)為，在某些情況下，使用超聲分離石墨可以生成質(zhì)量更好的石墨烯。位于德國(guó)美因茨市的馬克思·普朗克高分子研究所（Max Planck Institute for Polymer Research）的馮新亮稱，他最近在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society, 化學(xué)領(lǐng)域著名期刊，2012年影響因子9.907）發(fā)文介紹了一種電化學(xué)方法，可以更快地制出品質(zhì)更好、更薄的石墨烯。（科爾曼指出，托馬仕雯公司掌握的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止文獻(xiàn)中報(bào)道的那些。）
至于石墨烯的用途，“石墨烯雖然不是萬(wàn)金油”，科爾曼說(shuō)道，不過(guò)曾有報(bào)道，有研究人員對(duì)石墨烯用作太陽(yáng)能電池和普通化學(xué)電池中的電極材料進(jìn)行了測(cè)試?？茽柭ㄗh，石墨烯片還能用作填充材料加到塑料飲水瓶里——加入后可增加瓶子的強(qiáng)度，減小塑料的使用量，而石墨烯防止氧氣、二氧化碳等氣體逸出的能力還可以延長(zhǎng)飲料的保質(zhì)期。
另一項(xiàng)應(yīng)用則是，在橡膠中加入少量石墨烯，生成的橡膠棒的電導(dǎo)率會(huì)隨著其拉伸而變化——換句話說(shuō)，這就是一個(gè)壓敏傳感器。托馬仕雯的商務(wù)總監(jiān)安迪·古德溫提到了將其用于制作柔性、低成本的顯示屏；還有人建議將石墨烯片用于脫鹽罐，甚至避孕套中。
不過(guò)在這些例子中，使用石墨烯的效果是否比其他材料好還沒有被證實(shí)——不過(guò)發(fā)明了這些量產(chǎn)石墨烯的方法意味著我們很快就能去驗(yàn)證了。盡管目前不同的公司競(jìng)爭(zhēng)的是不同的商機(jī)，但科爾曼預(yù)測(cè)生產(chǎn)石墨烯的企業(yè)數(shù)目會(huì)減少，最終只有少數(shù)生產(chǎn)技術(shù)會(huì)統(tǒng)治市場(chǎng)。“目前生產(chǎn)和銷售石墨烯的企業(yè)有很多：不過(guò)在未來(lái)5年內(nèi)，企業(yè)的數(shù)目會(huì)大幅下降。”科爾曼說(shuō)道。
