要做出單層石墨烯真的很簡單，我們不僅早在2015年就完成了這個技術(shù)，而且不需要再還原，橫向尺度也比同業(yè)高出至少10倍。但我們最后只用在透明導電膜，甚至還破碎成納米級懸浮液，就是因為微米級單層石墨烯用途不大，冷干后還會嚴重堆棧，這些在石墨烯業(yè)者都知道的道理，不知道為何還要拿出來炒作？

最近媒體又開始一波石墨烯量產(chǎn)的追逐風，其實這沒有甚么大不了的，每種工藝都有它們各自的優(yōu)缺點，只是很多時候都被掩蓋住另一面不想被民眾參透。這篇文章分成兩部分來談，第一部份先介紹中國石墨烯業(yè)者較常用制備石墨烯的工藝，第二部份再來比較各種工藝下有何優(yōu)缺點。

1氧化還原法

Xu等（2008）進一步改良Hummers所提出的方法，而可以剝離出大量的單原子層之氧化石墨烯（grapheneoxide，GO）。氧化石墨烯的工藝如圖1所示，由于過程使用強氧化劑而使得石墨形成氧化石墨，大量的含氧化官能基團（oxygenfunctionalgroups）形成于石墨的基面（basalplane）與邊界（edge）。

這些含氧的官能基團的親水特性，使石墨烯克服層間的凡德瓦力而剝離，而新的表面又接續(xù)進行氧化反應(yīng)，并剝離下來，如此便能獲得大量的氧化石墨烯之分散溶液。氧化石墨烯的材料本質(zhì)充滿需多氧化官能基團，透過化學分析的方法，如圖1（b）所示，其在石墨烯的基面上會形成環(huán)氧基（epoxy，C=O）和羥基（hydroxyl，C-OH）、羧基（carboxyl，COOH）、羰基（carbonyl，C-O）等則分布于邊界處。而圖1（c）顯示氧化石墨烯在經(jīng)過還原后，仍會存在許多的缺陷結(jié)構(gòu)以及殘余的氧化基，因此就算已經(jīng)有許多還原的方法被提出，包括高溫還原（thermalannealing）、聯(lián)胺還原（hydrazinevapor）等，依然無法將氧化石墨烯的缺陷結(jié)構(gòu)完整的修復。

氧化石墨烯在材料的電性上為絕緣性，但是經(jīng)過還原后的氧化石墨烯（reducedgrapheneoxide，rGO）則可以轉(zhuǎn)變?yōu)閷щ娦?。然而就如上述，還原氧化石墨烯的缺陷態(tài)高，因此其導電性仍遠低于完美晶格的石墨烯。

由于目前的還原方法多會在還原后留下許多缺陷結(jié)構(gòu)，且部分碳原子也被消耗，因此還原后的石墨烯，即使大部分的氧化官能基團可以被移除，但缺陷的結(jié)構(gòu)依然無法被完全的修復。

2液相剝離法

主要利用石墨塊為初始材料，將之分散于溶劑中（一般常見為NMP及DMF等）。當這些分子吸附于石墨的表面時，輔以超音波震蕩（ultrasonication），其分子在液相中拉扯的驅(qū)動力使得表層石墨烯克服底下層與層間的凡德瓦力，而使石墨烯剝離下來，而隨后新的石墨表面又及時的被這些溶劑分子所吸附，便得以如同剝洋蔥一般，將石墨塊由外而內(nèi)的不斷剝離，而獲得大量石墨烯片層結(jié)構(gòu)（grapheneflake）分散于溶劑中形成的一種石墨烯溶液。就石墨烯的結(jié)晶品質(zhì)來說，因為過程中沒有受到化學氧化或是缺陷態(tài)的形成，因此其結(jié)晶品質(zhì)高。

此方法不會像氧化-還原法那樣破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)，可以制備高品質(zhì)的石墨烯。在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的產(chǎn)率最高（大約為8%），電導率為6500S╱m。研究發(fā)現(xiàn)高定向熱裂解石墨、熱膨脹石墨和微晶人造石墨適合用于溶劑剝離法制備石墨烯。溶劑剝離法可以制備高質(zhì)量的石墨烯，整個液相剝離的過程沒有在石墨烯的表面引入任何缺陷。

然而，這類方法在制作過程，需長時間進行超音波震蕩（一般約達數(shù)十小時），因此剝離下來的石墨烯也多會被震碎為非常小的尺寸（<1μm）；此外，這樣的石墨烯分散溶液并無法獲得均一的單層石墨烯，其中會分布很多少層、甚至是多層的石墨烯，需要后續(xù)的離心純化制成來得到較為均一分布的石墨烯，導致成本高與產(chǎn)率低的問題。

J.Coleman（2010）使用的溶劑包括：NMP、DMA、GBL及DMEU，比較各溶劑間合成石墨烯懸浮液的差異性，發(fā)現(xiàn)選擇適當表面張力的溶劑是提升石墨烯固含量的主要關(guān)鍵。不過，J.Coleman在使用NMP為溶劑下，可獲得石墨烯固含量6μg/mL，且平均層數(shù)落于2~6層的石墨烯懸浮液，但此固含量仍相對過低，不適于工業(yè)化量產(chǎn)。此外，DMF被廣泛用來作為剝離石墨的溶劑，這與它特有的性質(zhì)息息相關(guān)。DMF的中文全稱是二甲基甲酰胺，基本性能：無色透明液體，沸點202℃，閃點95℃，能與水混溶，溶于乙醚、丙酮及各種有機溶劑，稍有氨味，化學性能穩(wěn)定，對碳鋼、鋁不腐蝕，對銅稍有腐蝕性。具有粘度低、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、極性高、機溶劑無限混溶等優(yōu)點。就是這些性能，他多被用來作為溶劑來剝離石墨。

Coleman小組研究表明；當溶劑的表面能與石墨烯相匹配時，溶劑與石墨烯之間的相互作用可以平衡玻璃石墨烯所需的能量，適合玻璃石墨烯的溶劑最佳表面張力范圍應(yīng)該在40~50mJ/m2，且在N-甲基一毗咯烷酮（NMP）中產(chǎn)率最高。長時間的超聲處理也可以提高單層石墨烯的產(chǎn)率，不過嚴格講起來是用成本及犧牲物性來換單層石墨烯，而且單層石墨烯粉體還會堆棧不好分散，真搞不懂單層石墨烯可以用在哪里？