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、超級電池、散熱膜，聽著一個比一個唬人。但說句大實話，真正能大規(guī)模落地的應(yīng)用，掰著手指頭數(shù)得過來。問題出在哪？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)沒把住關(guān)。純度不夠，剝離出來的石墨烯缺陷多、導(dǎo)電性差，客戶拿回去一測，直接退貨。所以說，高純石墨才是整個石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈里真正的”隱形門檻”，誰把這個環(huán)節(jié)吃透了，誰就握住了主動權(quán)。

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

咱們用數(shù)據(jù)說話，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九九，甚至要到百分之九十九點九九九五以上。為啥差這零點零幾個點就天差地別？因為石墨烯是單層碳原子排列的二維材料，厚度就一個原子層，前驅(qū)體里哪怕有一丁點雜質(zhì)，剝離出來就是缺陷點，直接影響電子遷移率和力學(xué)強度。舉個對比，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厘米每伏秒，這數(shù)據(jù)擺在那，硅基材料根本比不了。再說強度，石墨烯的斷裂強度是鋼鐵的數(shù)百倍，但前提是你得用高純度的晶體來剝離。層間距零點三三五納米，層與層之間靠范德華力結(jié)合，用膠帶一撕就能下來，這就是當(dāng)年諾獎那個實驗的原理。但你用純度不夠的石墨去撕，撕下來的就是一堆碎片，根本沒法用。所以說，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

說到提純，這才是真正考驗技術(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，說白了就是用化學(xué)試劑把雜質(zhì)一點點洗掉，優(yōu)點是設(shè)備投入相對低，適合中小規(guī)模生產(chǎn)，但缺點也明顯，廢水處理成本高，環(huán)保壓力大?；鸱ㄌ峒兙陀埠肆?，氯化焙燒法、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。這條路出來的產(chǎn)品純度高，能做到百分之九十九點九九以上，但能耗大、對設(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用。中國五礦的科研團隊就用這套組合拳，把純化周期從傳統(tǒng)的七十二小時壓縮到八小時，能耗降了百分之四十，純度干到了百分之九十九點九九九五以上。另外還有一種路線是直接用化學(xué)氣相沉積法，也就是CVD法，在銅箔或者鎳箔基底上直接長石墨烯薄膜，銅箔適合長單層，鎳箔適合長多層，這個方法可控性強，但轉(zhuǎn)移過程容易引入缺陷，大面積均勻性還是個難題。河南六工石墨有限公司也布局了此類石墨相關(guān)制品，在高純石墨的深加工方向上有相應(yīng)的產(chǎn)品線。不管走哪條路，核心就一句話：純度是命，工藝是錢，兩者都得抓。

落地到實操，選料和應(yīng)用到底怎么對號入座？

干采購的兄弟經(jīng)常問我，到底該選天然高純石墨還是人造高純石墨？我的經(jīng)驗是看你下游要干啥。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九五的天然高純石墨，經(jīng)過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九九以上，硼含量得控制在零點五個PPM以下，用來做單晶爐里的坩堝、加熱器、石墨舟這些。核工業(yè)就更不用說了，中子減速劑對純度的要求近乎苛刻。還有一種容易被忽略的路線，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，通過化學(xué)氧化還原法可以批量制備石墨烯，雖然性能比機械剝離的差一些，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。所以選料這事沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，關(guān)鍵是把應(yīng)用場景和材料指標(biāo)對上號，別花冤枉錢買不對路的料。

說點實在的，這個行業(yè)接下來往哪走

最后聊幾句掏心窩子的話。高純石墨這個賽道，現(xiàn)在確實是機遇和坑并存。機遇在哪？新能源、半導(dǎo)體、航空航天三個方向的需求都在猛漲，全球市場規(guī)模已經(jīng)破百億了，年復(fù)合增長率超過百分之八，國內(nèi)產(chǎn)能占全球六成以上。坑在哪？資源分布不均、環(huán)保壓力大、高端產(chǎn)品還是依賴進(jìn)口。但好消息是，國內(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。對咱們做石墨加工的人來說，與其跟風(fēng)去炒石墨烯概念，不如老老實實把前驅(qū)體的品質(zhì)做上去。料好了，下游自然來找你。料不行，說啥都是空的。這個行業(yè)拼的不是誰嗓門大，是誰的東西經(jīng)得起測。