霸气！“黑色黄金”石墨烯秒变“白菜价”，电子科大博士生做到了！

提到石墨烯很多人可能不熟悉，这是一种从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。如果要讲到石墨烯在我们生活中的作用，可以这样解释：

石墨烯是目前自然界最薄、强度最高的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。

石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

石墨烯这种二维碳材料因它的特性和用途被称为“黑色黄金”，但是，电子科技大学的一个博士生却让制备石墨烯变得非常简单。

“把甲烷导入熔融的铜液中形成气泡，甲烷在气泡表面分解为碳原子，碳原子在气泡表面组装为石墨烯，而后随气泡到达熔融铜表面，并飞到收集器中。随着气泡不断产生，高质量的石墨烯便会不断生长出来。”

没错，制备石墨烯就是这么简单：从装置的一端通入常见且廉价的天然气，在装置的另一端就会源源不断地产生出高质量的“黑色黄金”石墨烯。这就是由于庆凯教授提出的制备石墨烯的新设想，电子科技大学基础与前沿研究院2013级博士生唐永亮实现了该设想。

在2017年底，唐永亮、于庆凯教授和祖小涛教授在材料与化学科学领域顶级期刊《材料化学》上发表论文，对这一方法进行了系统的阐述。期刊审稿人认为，“该工作填补了传统化学气相沉积法（CVD法）和氧化还原法之间的空白，对石墨烯的实际应用将起到极大地推进作用，并且有望进一步地应用于其他高质量二维材料的大量制备。”换句话说，这个新方法不仅能使石墨烯变成“白菜价”，还将为更多二维材料的大规模生产开辟新途径。

于庆凯是石墨烯生长领域的开拓者之一，最早提出并实践了在铜表面用气相沉积法生长石墨烯，在镍箔上生长石墨烯的工作也被广泛应用。而且，当时于庆凯那里有开展液态金属相关的成套实验设备。在实验室里，唐永亮通过这种方法，用十分简单的小型装置，一小时就可以生产出9克石墨烯。如果实现了产业化，用大型装置进行生产，产出还会更大。毫无疑问，这为石墨烯的广泛应用突破了一道瓶颈。

传统制备方法难以两全

自石墨烯发现以来，人们不断研究发现它在电学、热学、力学等方面的各种神奇性质以及巨大应用前景，并尝试用各种方法制备生产。但目前流行的制备方法各有优劣，难以两全：气相沉积法质量好而产量低，氧化还原法产量很高但质量差。

于庆凯教授和唐永亮博士在开始研究时就确立目标，要找到一种既能保证产量又能保证质量的方法。

巨大创新来自小小改动

为了突破气相沉积法，唐永亮在美国深入钻研一年半。在于庆凯的指导下， 唐永亮采用在熔融金属中“吹泡泡”的方法。这个前所未有的方法，让唐永亮成为“第一个吃螃蟹的人”。

实验效果如他所料，“在熔融金属中发生反应，气泡就会一直不断地产生，一个新的气泡就会形成一个新的没有石墨烯的表面，不断地产生气泡，石墨烯就会不断地产生出来，从而提高石墨烯的产量”。

为了寻找一种催化效果最好的金属，唐永亮像爱迪生寻找钨丝那样在诸多种金属材料中进行尝试筛选。最后发现铜的效果最好、产量最高，“石墨烯生长出来之后，就像漂浮在水面的一张油纸那样漂在液态铜的表面”。

接踵而来的难题是，如何把漂浮的石墨烯收集起来？最容易想到的办法，当然是用机械的方法捞出来。但这种办法显然是不便操作且效率低下的。百思不解之时，他偶与于庆凯教授交流，于庆凯说：“何不把它吹出来？”

“这是一个重要的提示！”唐永亮说，“石墨烯跟液态铜的浸润性很差，它们俩是不会粘在一起的，如果通入气体吹一下，漂浮在液态铜表面的石墨烯就会飞起来，我们只需要在装置的尾端设置一个罐子收集就可以了。”

唐永亮说，“采用我的方法，石墨烯的制造成本跟氧化还原法差不多，1克只要几块钱，质量比氧化还原法高得多。”

把石墨烯推向产业应用

经过一年半的研究，唐永亮在2016年下半年探索出了一套相对成熟的石墨烯制备方法。他和于庆凯教授很快就撰写了论文，对该方法进行梳理总结。由于这种方法史无前例，因此，他们对这篇取得突破性进展的论文的成功发表满怀信心。

2016年，他们将论文投给《科学》和《自然》。但没有料到，论文均被拒稿。《自然》的编辑高度肯定了这一创新制备方法，但也一针见血地指出这种方法的不足——相比于传统的气相沉积法，气泡气相法产出的石墨烯依然较厚。

虽然遭受挫折，但这一原创性成果瑕不掩瑜。随后，唐永亮和于庆凯对研究进行了优化，并投稿给《材料化学》期刊，结果顺利发表。现在，唐永亮正在努力解决如何通过“把气泡打碎”和“调整气体浓度”等方法，进一步优化该方法的产出数量和质量，期望在不久的将来再次向《科学》和《自然》进军。

作为新材料中的“黑色黄金”，石墨烯在电子、导电油墨、防腐涂料、储能设备、航空航天等领域有着巨大的潜在市场等待挖掘。

“用不了多久，石墨烯将广泛进入我们的生活，改变这个世界！”唐永亮说。

在科研的路上，电子科技大学的科研工作者们从未停止脚步，他们“求真求实，大气大为”，锐意创新，服务于国家和社会，期待他们做出更好的科研成果！