诺奖得主笔下的石墨烯蓝图

法通过热震动过程来完成剥离和还原。尽管这种方法得到的石墨烯组成中含有许多层结构，但是它仍然保持了单层石墨烯的优良性能。与氧化过程相似，可以通过插入小分子来扰乱石墨的堆叠过程。例如石墨中插入的小分子，通过与氧化过程相近的处理方法，然后经历热处理或者等离子处理过程，使得石墨烯为单层排列。

许多石墨烯纳米带悬浮液是通过将单壁碳纳米管像拉链一样拉开的方法来制备的。尽管这个方法会比化学剥离石墨烯或者氧化石墨烯的方法更加昂贵，但是这些方法可以得到片层分布（较窄）的石墨烯片的悬浮液。同时，纳米管劈开法可以更好的控制化学官能团和边缘的质量。

这种块级石墨烯的生产方法已经用于大量生产，现在正被评估应用于众多领域中。因此，石墨烯油墨和颜料将会被用于电子、电磁屏蔽、隔离涂层、散热、电容器等产业中。许多基于片层的产品预计将在多年后进入市场，并且商业层面上的导电油墨的应用已经被证实。

3.2 化学气相沉积

通过化学气相沉积（CVD）在铜箔和薄膜上生长制备大面积均匀的石墨烯薄膜的方法正在不断的发展，并且在许多领域上表现出很大的前景。尽管整个制备过程需要石墨烯从铜基片向绝缘的表面或者其他基材上转移，但是已经可以生产平方米级的石墨烯了。在最新设备上，石墨烯薄膜已经可以转移到200mm的硅片上了。在较小的规模上，这些薄膜展现出的转移能力与在二氧化硅和六方氮化硼基材上剥离的石墨烯相同。尽管这种方法存在晶界、片层过厚等缺陷，但这种薄膜已经用在透明的导电涂层中（例如接触屏）。

目前，这种方法由于要除去底层的金属层需要较大的能量消耗所以成本太高。一旦转移工序合理化，这种方法确实可以降低成本。在石墨烯CVD技术推广前，有许多的问题需要解决。要满足石墨烯在金属薄膜（10nm）上生长的同时控制晶体尺寸、掺杂含量和片层数量。控制石墨烯片层的数量和结晶方向是最为重要的，因为许多应用需要双层、三层或者更厚的石墨烯结构。同时，这种转移过程可以通过优化方案来减少破坏石墨烯和还原腐蚀的金属。

这种转移过程因为石墨烯自身的生长可能会变得复杂。然而，许多的应用依赖于石墨烯在金属表面上正方形的生长得到，不需要石墨烯转移：石墨烯的高热导和电导性能和优秀的屏蔽性能，使得石墨烯可以在闭合回路中增强铜导线的性能。因为石墨烯是惰性的，所以可以阻隔任何气体，在任何形貌的金属表面上形成保形层，可以作为抗腐蚀性涂料。

石墨烯制备方法上的突破应该是在降低缺陷数量的前提下，让石墨烯可以在任何表面上或者低温下生长（例如使用等离子CVD法等）。前一种方法可以避免复杂而昂贵的转移过程，促进二维晶体与其他材料的结合（例如硅和砷化镓）。后一种方法可以提高与微电子技术的结合，可以很大程度的节约能源。

3.3 在SiC上合成

碳化硅作为大功率电子器件常用的材料，已经证实可以通过硅原子的升华使得石墨层在碳化硅晶体中碳或者硅的表面上生长，从而得到一个石墨化的表面。首先，碳化硅表面的碳终端生长为无规取向的多层结晶层，但是石墨烯层生长的数量被控制。这种石墨烯有着接近几百个微米的晶体，得到的质量比较好。

这种方法的两个主要缺点是，碳化硅晶体的价格比较贵，需要的温度较高（高于1000°C），由于石墨与硅电子器件的相容性比较差。此种方法还需要进一步的研究，目前有几种利用在碳化硅上生长石墨烯的潜在方法。由于生长温度比较高，基材价格比较贵，晶体直径比较小，在碳化硅上制备石墨烯的方法在应用中比较受限。当第七主族元素材料（例如砷化镓，碳化镓等材料）能够达到极限值1THz，基于碳化硅生长的石墨烯在十年之内可以很好的应用于高频率的晶体管中。这种短的晶体管目前广泛用的是20μm晶体（目前是通过在碳化硅生长石墨烯得到）。另一个有趣的但小众的应用是，这种石墨烯样品可以作为电阻的测量标准，在较高温度下，相较于传统的六方结构的砷化镓，这种石墨烯已经具有更高的电阻精度。

除了生长过程中需要高温这个无法避免的问题，未来十年里还需要解决生长过程中第二层与第三层之间的边缘所产生的多元结晶层（导致载流子散射），该结晶层是由于增加晶体的尺寸以及对沉底和缓冲层的无意控制而带来的杂质。

3.4 其他生长方法

尽管还有许多其他的生长方式，但是都不太可能在未来的十年中应用于商业生产。然而其中一些方法还是具有一定的优势，需要进一步研究。线性聚亚苯基单体分子引发剂脱氢环化，是一个采用化学驱动的自下而上来制备高质量石墨