石墨烯炒了這么多年，為啥量產(chǎn)還是卡脖子？

干石墨這行的兄弟都清楚，石墨烯這概念火了十幾年了，什么柔性屏、超級(jí)電池、散熱膜，聽(tīng)著一個(gè)比一個(gè)唬人。但說(shuō)句大實(shí)話(huà)，真正能大規(guī)模落地的應(yīng)用，掰著手指頭數(shù)得過(guò)來(lái)。問(wèn)題出在哪？不是下游不想用，是上游的料供不上。你想做石墨烯，首先得有個(gè)靠譜的高純石墨當(dāng)前驅(qū)體。這玩意兒就跟做飯得有好米一樣，米不行，鍋再好也白搭?，F(xiàn)在市面上很多所謂的石墨烯產(chǎn)品，性能參差不齊，歸根結(jié)底就是前驅(qū)體的純度和品質(zhì)沒(méi)把住關(guān)。純度不夠，剝離出來(lái)的石墨烯缺陷多、導(dǎo)電性差，客戶(hù)拿回去一測(cè)，直接退貨。所以說(shuō)，高純石墨才是整個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈里真正的”隱形門(mén)檻”，誰(shuí)把這個(gè)環(huán)節(jié)吃透了，誰(shuí)就握住了主動(dòng)權(quán)。

高純石墨憑啥能當(dāng)石墨烯的”親媽”？把數(shù)據(jù)擺出來(lái)你就懂了

咱們用數(shù)據(jù)說(shuō)話(huà)，別整虛的。普通石墨的含碳量大概在百分之九十五左右，而做石墨烯用的前驅(qū)體，純度要求至少百分之九十九點(diǎn)九九，甚至要到百分之九十九點(diǎn)九九九五以上。為啥差這零點(diǎn)零幾個(gè)點(diǎn)就天差地別？因?yàn)槭┦菃螌犹荚优帕械亩S材料，厚度就一個(gè)原子層，前驅(qū)體里哪怕有一丁點(diǎn)雜質(zhì)，剝離出來(lái)就是缺陷點(diǎn)，直接影響電子遷移率和力學(xué)強(qiáng)度。舉個(gè)對(duì)比，銅的導(dǎo)電性大家都認(rèn)吧，但石墨烯的電子遷移率比銅高出一大截，室溫下載流子遷移率能到二十萬(wàn)厘米每伏秒，這數(shù)據(jù)擺在那，硅基材料根本比不了。再說(shuō)強(qiáng)度，石墨烯的斷裂強(qiáng)度是鋼鐵的數(shù)百倍，但前提是你得用高純度的晶體來(lái)剝離。層間距零點(diǎn)三三五納米，層與層之間靠范德華力結(jié)合，用膠帶一撕就能下來(lái)，這就是當(dāng)年諾獎(jiǎng)那個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理。但你用純度不夠的石墨去撕，撕下來(lái)的就是一堆碎片，根本沒(méi)法用。所以說(shuō)，石墨烯前驅(qū)體的品質(zhì)，直接決定了終端產(chǎn)品能不能打。

提純工藝怎么選？濕法火法各有各的活法

說(shuō)到提純，這才是真正考驗(yàn)技術(shù)功底的地方。目前主流就兩條路，濕法和火法。濕法提純包括浮選法、酸堿法、氫氟酸法，說(shuō)白了就是用化學(xué)試劑把雜質(zhì)一點(diǎn)點(diǎn)洗掉，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投入相對(duì)低，適合中小規(guī)模生產(chǎn)，但缺點(diǎn)也明顯，廢水處理成本高，環(huán)保壓力大?；鸱ㄌ峒兙陀埠肆耍然簾?、高溫法，直接把石墨扔進(jìn)高溫爐里燒，通入鹵素氣體跟雜質(zhì)反應(yīng)，讓雜質(zhì)氣化跑掉。這條路出來(lái)的產(chǎn)品純度高，能做到百分之九十九點(diǎn)九九以上，但能耗大、對(duì)設(shè)備要求高?，F(xiàn)在比較前沿的做法是梯次提純，就是把物理化學(xué)提純、低溫高溫連續(xù)提純、超高真空提純組合起來(lái)用。中國(guó)五礦的科研團(tuán)隊(duì)就用這套組合拳，把純化周期從傳統(tǒng)的七十二小時(shí)壓縮到八小時(shí)，能耗降了百分之四十，純度干到了百分之九十九點(diǎn)九九九五以上。另外還有一種路線(xiàn)是直接用化學(xué)氣相沉積法，也就是CVD法，在銅箔或者鎳箔基底上直接長(zhǎng)石墨烯薄膜，銅箔適合長(zhǎng)單層，鎳箔適合長(zhǎng)多層，這個(gè)方法可控性強(qiáng)，但轉(zhuǎn)移過(guò)程容易引入缺陷，大面積均勻性還是個(gè)難題。河南六工石墨有限公司也布局了此類(lèi)石墨相關(guān)制品，在高純石墨的深加工方向上有相應(yīng)的產(chǎn)品線(xiàn)。不管走哪條路，核心就一句話(huà)：純度是命，工藝是錢(qián)，兩者都得抓。

落地到實(shí)操，選料和應(yīng)用到底怎么對(duì)號(hào)入座？

干采購(gòu)的兄弟經(jīng)常問(wèn)我，到底該選天然高純石墨還是人造高純石墨？我的經(jīng)驗(yàn)是看你下游要干啥。如果是做科研用的石墨烯剝離，優(yōu)先選合成高純石墨晶體，規(guī)則的六方晶格、缺陷少，剝離出來(lái)的片材完整性好，適合做FET器件或者基礎(chǔ)物理研究。如果是做鋰電池負(fù)極材料，那就得用純度大于百分之九十九點(diǎn)九五的天然高純石墨，經(jīng)過(guò)深加工做成球化石墨或者微粉，跟電解液的兼容性更好。半導(dǎo)體行業(yè)更狠，要求純度百分之九十九點(diǎn)九九以上，硼含量得控制在零點(diǎn)五個(gè)PPM以下，用來(lái)做單晶爐里的坩堝、加熱器、石墨舟這些。核工業(yè)就更不用說(shuō)了，中子減速劑對(duì)純度的要求近乎苛刻。還有一種容易被忽略的路線(xiàn)，就是用氧化石墨烯當(dāng)中間態(tài)。氧化石墨烯是棕黃色粉末，能分散在水里，通過(guò)化學(xué)氧化還原法可以批量制備石墨烯，雖然性能比機(jī)械剝離的差一些，但勝在成本低、產(chǎn)量大，做復(fù)合材料、導(dǎo)電涂料這些夠用了。所以選料這事沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，關(guān)鍵是把應(yīng)用場(chǎng)景和材料指標(biāo)對(duì)上號(hào)，別花冤枉錢(qián)買(mǎi)不對(duì)路的料。

說(shuō)點(diǎn)實(shí)在的，這個(gè)行業(yè)接下來(lái)往哪走

最后聊幾句掏心窩子的話(huà)。高純石墨這個(gè)賽道，現(xiàn)在確實(shí)是機(jī)遇和坑并存。機(jī)遇在哪？新能源、半導(dǎo)體、航空航天三個(gè)方向的需求都在猛漲，全球市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)破百億了，年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)百分之八，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能占全球六成以上?？釉谀?？資源分布不均、環(huán)保壓力大、高端產(chǎn)品還是依賴(lài)進(jìn)口。但好消息是，國(guó)內(nèi)的提純技術(shù)這兩年進(jìn)步很快，梯次提純、CVD法這些新工藝已經(jīng)在往產(chǎn)業(yè)化方向推了。對(duì)咱們做石墨加工的人來(lái)說(shuō)，與其跟風(fēng)去炒石墨烯概念，不如老老實(shí)實(shí)把前驅(qū)體的品質(zhì)做上去。料好了，下游自然來(lái)找你。料不行，說(shuō)啥都是空的。這個(gè)行業(yè)拼的不是誰(shuí)嗓門(mén)大，是誰(shuí)的東西經(jīng)得起測(cè)。