波兰科学家发明石墨烯制备新方法

小飞侠

据人民网华沙11月3日电（记者李增伟）石墨烯是人类迄今为止发现的最薄但同时也是强度最大的二维材料。英国物理学家安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫在2004年发现了这一神奇的纳米材料，并因此在2010年获得诺贝尔物理学奖。因为超强的坚硬度、非凡的导电性和极佳的透光性，石墨烯被称为“改变21世纪的材料”。然而，由于石墨烯制备成本高，严重妨碍了它的产业化应用，科研人员和产业界一直在孜孜不倦地研究低成本、高质量和大尺寸石墨烯的制备方式。波兰电子材料技术研究所的科学家发明的一种创新性石墨烯制备方式，实现了这一研究领域的突破，使石墨烯的产业化生产成为可能，吸引了全世界研究者和企业界的目光。本报记者日前来到波兰电子材料技术研究所，采访了这项科技成果的发明人沃基米什?斯图宾斯基博士和波兰电子材料技术研究所所长齐格蒙特?乌钦斯基博士。
　　今年56岁的沃基米什?斯图宾斯基博士看上去比实际年龄更显年青干练。他是波兰电子材料技术研究所资深研究员、石墨烯研究室主任。在波兰电子材料技术研究所的会客室里，沃基米什?斯图宾斯基博士向本报记者介绍了有关自己的石墨烯最新专利的情况。
　　他说，目前世界上在实验室制备石墨烯的方法总体上分为物理剥离法和化学沉积法，而物理剥离法是实验室获取石墨烯的最重要手段，其中除了最初使用的微机械剥离法外，使用最多的则是炭化硅高温分解法。通过物理方法获取的石墨烯，具有纯度和质量高的特点，但缺点是石墨烯的尺寸小，且价格成本高。与物理方法获取石墨烯相比，化学方法虽然可以制备出大面积的石墨烯，但石墨烯存在很多缺陷，其中最大的问题是纯度和质量都较低。
　　斯图宾斯基博士说，他对石墨烯的研究一直集中在物理学领域，并最终取得了对石墨烯制备方法的突破。同此前对炭化硅进行高温加热，在硅原子蒸发分解后提取石墨烯的过程相反，他在对炭化硅进行加热时，无需高温分解其中的硅，而是在相对低温下对炭化硅进行加炭处理，即可获得高纯度的石墨烯。用这种方法制成的石墨烯，具有3个特点，即：制成速度快，价格低廉和质量更高。
　　应本报记者要求，斯图宾斯基博士详细解释了其专利所具备的上述3个优势。他说，对炭化硅加热时，由于无需达到硅原子蒸发分解的高温，不仅节约了成本，而且大大缩短了石墨烯的制成时间，制备时间只有常规方法的1/10。至于石墨烯的价格，在实验室少量制备的情况下，每平方厘米的成本只有约70美元，这其中60美元还是购买炭化硅底板的成本。如果进行大规模产业化生产，费用还将会大幅度降低，已经完全可以达到目前工业用硅的价格水平。与此同时，用该办法制备而成的石墨烯，质量也比之前大幅提升，超过此前任何方法制备而成的石墨烯的质量。
　　这项关于石墨烯制备方法的研究成果在2012年9月申请并获得波兰专利，成为波兰电子材料技术研究所在石墨烯研究领域获得的第4项专利，斯图宾斯基也因对石墨烯制成方法的创新，而获得2012年度波兰杰出科技成就奖。
　　据波兰电子材料技术研究所所长齐格蒙特?乌钦斯基博士向本报记者介绍，作为材料家族的新星，石墨烯因其无可比拟的特性，在电子、航天、新能源和半导体等众多领域有着无比广阔的应用潜力，从一开始就吸引了全球产业界人士的高度关注，近年来，不仅关于石墨烯的科学研究进展迅速，其产业化应用也如箭在弦上。斯图宾斯基博士关于石墨烯制备方法的专利成果，使石墨烯基本具备了产业化生产的条件。他向记者出示的一份名为“未来市场”（FUTURE MARKETS）的英国学术期刊的排名，在石墨烯研究领域排名前20的研究机构中，欧洲国家共有3个，除了英国的曼彻斯特大学和剑桥大学外，就是波兰的电子材料技术研究所。而中国则没有任何一家研究机构能够进行前20名。
　　另据乌钦斯基所长介绍，在今年初，他们开始将这项专利在欧盟和美国等国家内申请专利，预计在今年底前将获得在欧美等世界主要国家的专利证书。他说，尽管这项波兰专利具备了产业化的条件，但最终能否取得成功，取决于能否顺利地投入产业化生产。他说，在2012年，世界各国共有3520项有关石墨烯的研究申请了专利，但因为大都没能投入产业化而留在了实验室里。由于波兰市场和企业规模的限制，波兰国内企业缺乏将这项波兰专利投入产业化的条件，而受欧债危机的影响，很多欧洲跨国企业的投资能力也受到很大影响，导致这项专利目前仍然待字闺中。他说，这项波兰专利的最好归属，或许是巨大的中国市场和充满活力的中国企业。斯图宾斯基博士此时也插话说，他对与中国企业的合作充满期待。他特意请本报记者转告中国企业，可能的合作方式绝不是仅局限于出售专利，而是既可以与中国企业联合研发石墨烯新产品，也可以共同合作对企业的既有产品进行升级换代，让石墨烯材料尽早造福人类。