推薦序一

自2004年安德烈·海姆（Andre
Geim）博士的團隊從高定向石墨中機械剝離出單層石墨烯以來，這種擁有各種世界之的材料的研發熱度從單純的學術研究拓展到了工業領域，並可能在多個方面改善或者徹底改變現有的材料體繫。

石墨烯擁有所有材料中的載流子遷移速率，這就像給電子和空穴的運動提供了高速公路，徹底革新目前的半導體材料和器件；石墨烯擁有所有材料中的熱導率，這將給困擾電子產品多的熱管理提供新的設計思路，並改善現有電子器件以及電子繫統的設計；石墨烯是一種柔性透明導體，將在柔性電子領域替代目前廣泛應用的氧化物陶瓷材料；石墨烯擁有極大的比表面積，可在新型儲能器件的開發方面發揮極大的優勢；石墨烯擁有極高的化學和光電靈敏特性，在高性能化學和光電傳感器領域也有極為關鍵的表現……這些關鍵應用領域在本書中都有概括的內容介紹。

以上種種工業應用，都具有極大的想像空間，這也是為什麼全世界都掀起了石墨烯學術和工業研究的熱潮，如歐洲的旗艦計劃、韓國的石墨烯國家戰略、新加坡的國家石墨烯研究院等。中國的石墨烯研究和開發雖然在前沿領域的進展落後於歐美日同行，但在石墨烯工業化方面卻是積極、花費人力和物力多的。在材料科研領域，和石墨烯相關的科研課題數目是多的；在工業領域，中國也誕生了幾十家創業公司，從事和石墨烯各個方向相關的產品開發活動；在金融領域，中國股市上有十幾隻石墨烯相關概念股票在進行資本運作。這些努力，在一定程度上都在推動石墨烯工業化的進展。

但在一定程度上，石墨烯的工業化卻面臨著所有新材料產業化的共同難題：慢。雖然市場對石墨烯的未來充滿了期待，希望石墨烯能夠充當“上帝材料”的角色，但所有新材料的發展都需要一個緩慢的過程，尤其是像石墨烯這種涉及面極其廣泛的基礎性材料。由於它是底層的基礎材料，任何改變都會帶動整個產業鏈的技術變革。這也是隻要涉及石墨烯工業領域都會非常謹慎的原因。同時，在工業化過程中，石墨烯也需要適應原有的工藝體繫。原有的工藝體繫都是在原有的材料體繫之上優化了十幾年甚至幾十年的結果。石墨烯作為新型的材料，需要調整自身的性質來適應現有的工藝體繫，這在本書的第5章中也有部分敘述。

但任何的工業化技術二次開發過程都需要定向開發，需要一定的開發時間。以透明導電電極領域為例，石墨烯用於替代氧化銦錫（ITO）等透明導電氧化物，但石墨烯的面電阻卻遠高於ITO。這就要求二次技術開發過程中對石墨烯做摻雜等工藝處理來接近ITO的性質。同時，由於石墨烯本身的疏水特性，原有的導電油墨也需要做新的配方調整和工藝調整，纔能配合石墨烯用於顯示領域。這些工業化技術開發的過程，不隻需要石墨烯的研發人員在石墨烯端進行工藝調整，同時也需要在下遊應用領域和相關的配套材料領域的研發同步進行，需要上下遊共同配合。

另一個限制石墨烯大規模應用的是工業化核心問題：成本。目前，石墨烯的制造成本相對於競爭材料還較高。不過這主要是由於石墨烯的生產量不大，非直接制造成本過高，以及石墨烯良率不高。但“成本”對於石墨烯來說是優勢，而非劣勢。因為不管是粉末狀的氧化還原石墨烯，還是薄膜狀的石墨烯，直接材料成本都是極低的，而且是環境友好型的。這也是石墨烯在未來工藝成熟後，會橫掃其他所有競爭材料的核心優勢。

就像其他所有的新材料規模化、工業化應用的歷史一樣，石墨烯在每一個應用領域工業化的過程中都會面臨不少的難題，需要解決的工藝技術問題也很多。每一個問題的解決，都在推動著石墨烯產業的工業化進程，都在促進石墨烯發揮它得天獨厚、獨一無二的性質優勢，也都在為這一個新興產業的興起添磚加瓦。

本書在石墨烯的基本性質、應用方向、工業化和商業化方面都有涉及，很適合作為希望對石墨烯這一產業有較為全面了解人士的入門啟蒙書籍。

深圳六碳科技有限公司創始人許子寒

推薦序二

找到瑪杜麗·沙倫（Madhuri Sharon）與馬赫斯赫瓦爾·沙倫（Maheshwar Sharon）兩位教授於2010年在科學出版社出版的書籍：《碳的納米形態及其應用》，可以發現作者對碳材料相關領域研究之透徹。《碳的納米形態及其應用》對石墨烯內容的介紹比較少，當初很多理論都尚未成熟，很欣慰在本書前面幾章已經對相關石墨烯的機理做了更清楚的說明。但就實務上，在判定石墨烯層數方面，很多人還是偏愛單一表征判讀，像有些學者偏愛以透射電子顯微鏡(TEM)表征，采用透射電子顯微鏡可以借助石墨烯邊緣或褶皺處的電子顯微像來估計石墨烯片的層數和尺寸。這種方式雖然簡便快速，但是隻能用來估算，無法對石墨烯的層數給予精確判斷。對於這點，很少有書籍會提出類似實務上的觀點來加以說明。

我自己從事石墨烯產業多年，也在網絡上發表過上百篇有關石墨烯機理、應用技術到產業化的文章。首先，我發現大家普遍對石墨烯的認知不足，所以纔會有人說隻有單層石墨烯纔稱為石墨烯。其次，石墨烯並非“超級材料”，更多的是需要把石墨烯當作功能性材料來滿足相關應用技術的要求。譬如，在導電機理上是通過“導電網絡”來達成的，球形結構比微片結構接觸面積大，自然可以形成導電通道，就算單層石墨烯再好也毫無用武之地。

不過，我支持作者在第9章中所提到的產品商業化與該產品應用的需求密切相關的觀點。除非這兩者共存，否則不僅達不到預期的經濟效益，而且企業家對該產品的商業化也會失去興趣。目前中國在石墨烯方面的投入較大，但由於我們側重量產而未重視應用技術的發展，到頭來卻發現傳統的氧化還原法不僅有環保上的制約，更由於石墨烯的物理性質被破壞，可以落實到商品化的程度有限。這點，我一再呼吁要整合石墨烯材料的來源。各位可以想像，一家有200種以上石墨烯材料組合的公司，終究比另一家僅有氧化還原法的公司在應用技術的發展上更有機會成功。

“歐盟石墨烯旗艦計劃”的思維還是值得中國借鋻的。《〈中國制造2025〉重點領域技術路線圖》確定了未來十項重點發展領域，分別為：新一代信息通信技術產業、高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、電力裝備、農業裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械。各位可能不理解，竟然每個重點發展領域都跟石墨烯沾得上邊。其實道理很簡單，這些項目都會涉及電、光、熱、磁、機械及潤滑等功能，憑借石墨烯在各領域的優異特性來設計定制化石墨烯，纔能攻克這些被歐美壟斷很久的材料技術。

    後，近年來我在各個場合提出“中國石墨烯旗艦計劃”的平臺概念，也就是以我們目前擁有的200種石墨烯材料及超過50種成熟應用技術做依托，進一步與各地企業合作實現石墨烯商品化，再通過資金與政策支持來落實各地石墨烯產業園。這樣的實踐有幾點好處：，政府不必每年到處招商引資，可把精力花在有潛力的企業上，同樣可使稅收及就業機會保持穩定增長；第二，以石墨烯應用技術作為企業轉型的利器，我們陸續開發出性價比高的石墨烯應用技術，不僅環保，而且比國外品牌更具競爭力，可讓企業能站上國際舞臺；第三，透過孵化器建立新創公司，由當地課題組以產學合作方式參與石墨烯應用技術開發，一旦具備可商業化的團隊便引進資金扶植，一並解決高級科研人員的就業問題。

我們有一個項目已經展開，相信很快就會讓各位了解石墨烯並非“高大上”的東西，它會逐漸出現在我們生活的每個角落，我也相信這個時代很快就要來臨了。

志陽科技 宮非

推薦序三

在2010年石墨烯發現者獲得諾貝爾獎之前，石墨烯似乎隻存在於科研領域，許多人對石墨烯這個詞是非常陌生的。石墨烯這個詞首次出現在1987年，用來描述石墨組成中的單層薄膜。本書第1章詳細介紹了石墨烯的發現與發展，深入淺出地對石墨烯的各個方面進行了概述，展示了這一材料比石墨更吸引人的地方，能夠讓初學者對石墨烯的歷史有更加深刻的理解。

石墨烯是一個單層碳原子層，具有完美的蜂窩狀晶格，是性質獨特且應用潛力非常大的二維碳材料。本書第2章對石墨烯的結構和性質做了非常詳細的介紹，這裡不再贅述。目前常用的鋻定石墨烯的方法有顯微鏡法，如使用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等；光譜法中的拉曼光譜對於CVD法制備石墨烯膜的層數判斷具有高效、快捷的特點。其他的測試方法可以閱讀本書的第4章。

石墨烯材料具有非常優異的性能，其廣闊的應用前景在全球科技界和工業界一石激起千層浪，如本書第6章所寫，石墨烯可以用在儲能、光電、傳感器、電力發電、醫療等眾多領域，誰能盡快在石墨烯領域取得重大突破，誰就有可能在新一屆的材料革命中撥得頭籌，占領先機。因此近兩年來世界各國投入大量人力、物力、財力，大力扶持石墨烯產業的發展。根據相關機構報道，美國、歐盟及其成員國、日本和韓國等先後從國家戰略高度開展相關部署，出臺多項支持政策和研究扶持計劃。我國也加大了對石墨烯產業的扶持力度，國家、地方政府、產業聯盟通過多種手段支持石墨烯產業的發展，大規模量產石墨烯已經到了迫在眉睫的地步。

然而在目前條件下，量產優質石墨烯的技術還不夠成熟。近年來，科學家們找到了許多量產石墨烯的方法。作者在第7章對量產石墨烯的制備方法進行了概述，通過自上而下和自下而上兩種制備思路進行了詳細介紹，並分析了每種方法的利弊，讓讀者對石墨烯的制備方法有了基本認知。作者在第9章總結了目前全球範圍內可以大規模生產石墨烯的企業，並對這些公司進行了簡單的分類，讓讀者對目前石墨烯工業化的方向有了基本的了解。第9章中也提到了石墨烯商業化面臨的挑戰，雖然石墨烯和以石墨烯為基礎的產品市場有需求，發展前景很好，但是石墨烯的商業化和市場化還面臨著一些問題。石墨烯生產成本一直居高不下，還沒有找到一種適合大規模生產的方法和途徑。降低成本、提高產量依然是目前石墨烯產業化亟待解決的問題。

毋庸置疑的是，石墨烯的優異性能讓科學界和工業界對其未來的多種應用有了希望與設想。隨著各國的不懈努力，石墨烯的發展已經取得了很多不錯的成果，石墨烯的價格已經在慢慢降低，較高質量的石墨烯也逐漸規模化生產，應用石墨烯的產品也開始陸續出現在市場上。相信隨著研究的不斷深入，在將來的某一天，科學家對石墨烯應用的設想將會成為現實，那時眾多行業將會發生翻天覆地的變化。

本書詳細介紹了石墨烯的基本理論及工業化應用，對於準備進入石墨烯行業的初學者是一個不錯的選擇。

南京先豐納米材料科技有限公司總經理蔣旭