最初發佈於 《自然》 新聞部落格
不要在家裡嘗試。真的，不要：它幾乎肯定不會成功，而且之後你的廚房攪拌機就不能再用來做食物了。但是，今天發表的一篇研究論文的補充資訊中，隱藏著一個家庭配方，用於生產大量乾淨的石墨烯薄片。
這種碳薄片是世界上最薄、最強的材料，具有導電性和柔韌性；並且有望改變從觸控式螢幕顯示器到水處理的一切。許多研究人員，包括都柏林聖三一學院的喬納森·科爾曼，一直在尋找製造大量高質量石墨烯薄片的方法。
在《自然·材料》上，由科爾曼領導的團隊（以及英國公司托馬斯·斯旺資助）描述了他們如何使用一臺高功率（400瓦）廚房攪拌機，加入半升水、10-25毫升洗滌劑和20-50克石墨粉（在鉛筆芯中發現）。他們將機器開啟10-30分鐘。該團隊報告的結果是：大量微米級大小的石墨烯薄片，懸浮在水中。
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科爾曼匆忙補充說，該配方涉及表面活性劑和石墨的微妙平衡，他尚未披露（這個障礙阻止了我嘗試它；他正在準備一份詳細的廚房配方，以便日後發表）。而且在他的實驗室裡，還使用了離心機、電子顯微鏡和光譜儀來分離出石墨烯並測試結果。事實上，廚房攪拌機的配方是作為一種噱頭在研究後期新增的——主要工作是首先用工業攪拌機完成的（如圖所示）。
儘管如此，他說，這個例子表明了他的新方法在工業規模上製造石墨烯是多麼的簡單。托馬斯·斯旺已經將該（已獲專利的）工藝擴大到一個試驗工廠，並且商業總監安迪·古德溫表示，希望到今年年底，每天能夠生產一公斤石墨烯，以乾燥粉末和液體分散液的形式出售，可以將其噴塗到其他材料上。
英國劍橋大學的石墨烯專家安德烈·費拉里說：“這是朝著廉價且可擴充套件的大規模生產邁出的重要一步。”“該材料的質量接近文獻中最好的，但生產率顯然高出數百倍。”
這些薄片的質量不如2010年諾貝爾化學獎得主、曼徹斯特大學的安德烈·蓋姆和科斯蒂亞·諾沃肖洛夫使用透明膠帶從石墨上剝離單層薄片而聞名的方法。它們也不如如今各公司透過氣相生長逐個原子生長出的米級石墨烯薄片那麼大。但在高階電子應用之外，較小的薄片就足夠了——真正的問題是如何大量生產它們。
雖然每年已經生產數百噸石墨烯——你也可以很容易地在網上買到一些——但它們的質量參差不齊。商店裡的許多薄片都充滿了缺陷或被化學物質覆蓋，影響了它們的導電性和其他效能，並且有幾十層或幾百層厚。“大多數公司都在賣一些我甚至不稱之為石墨烯的東西，”科爾曼說。
攪拌機技術產生的薄片平均只有四五層厚，但顯然沒有缺陷——這意味著高導電性。科爾曼認為，攪拌機在液體中產生足夠的剪下力，可以將碳原子片從石墨塊中分離出來（“就像從一副牌中抽出牌一樣”，他解釋道）。
廚房攪拌機並不是生產質量相當高的石墨烯薄片的唯一方法。費拉里仍然認為，在某些情況下，使用超聲波撕裂石墨可以提供更好的材料。來自德國美因茨馬克斯·普朗克聚合物研究所的馮新良說，他最近在《美國化學會雜誌》上發表的論文報告了一種透過電化學方法以更高速率生產更高質量、更少層數石墨烯的方法。（科爾曼指出，托馬斯·斯旺公司已經將這項技術發展到了論文中報道的範圍之外。）
至於應用，“石墨烯市場不是一刀切的”，科爾曼說，但研究人員報告說，他們正在測試將其作為太陽能電池和電池中的電極材料。他認為，這些薄片也可以作為填料新增到塑膠飲料瓶中——它們的強度提高可以減少所需的塑膠量，並且它們阻擋氧氣和二氧化碳等氣體分子的能力可以保持飲料的保質期。
在另一種完全不同的應用中，新增到橡膠中的少量物質會產生一個帶，其導電性會隨著拉伸而變化——換句話說，就是一個靈敏的應變感測器。托馬斯·斯旺公司的商業經理安迪·古德溫提到了柔性、低成本的電子顯示器；石墨烯薄片也被建議用於海水淡化廠，甚至是避孕套。
在每種情況下，碳薄片是否真的優於其他選擇還有待證明——但大規模生產的新發現意味著我們很快就會找到答案。目前，許多公司正在競爭不同的市場領域，但科爾曼預測，隨著少數生產技術佔據主導地位，這種情況將會逐漸減少。“現在有很多公司在生產和銷售石墨烯：五年後，將會少得多，”他說。