采访:国家物理实验室的安德鲁·波拉德博士谈论石墨烯

自从2004年曼彻斯特大学对石墨烯进行分离和初步表征以来，它已经成为了一个热门话题。作为一种先进材料，单原子厚碳晶格具有一系列独特的特性，激起了全球科学家、工程师和制造商的热情，以释放其广泛的潜力。

国家物理实验室的安德鲁·波拉德博士是对这种纳米材料的潜力感到兴奋的人之一，他一直领导着该实验室纳米材料的标准化和商业化研究。Pollard在11年前加入国家物理实验室，从事纳米材料的研究已经有15年了，他解释说，该实验室的重点是纳米材料的计量学和测量科学，特别是石墨烯等二维材料。

波拉德说:“作为一个计量研究所，我们在国家物理实验室所做的工作专注于测量——我们不一定是制造产品，但我们正在帮助英国和其他地方的公司使他们能够创新。”

作为英国的国家计量研究所，国家物理实验室的工作包括通过国家计量系统(NMS)为英国发展和维护国家计量基础设施。该实验室位于米德尔塞克斯郡的特丁顿，隶属于英国政府的商业、能源和工业战略部(BEIS)，其工作为从医疗保健到IT和通信等行业的测量标准提供了至关重要的支持。

在谈到国家物理实验室的石墨烯研究时，波拉德说:“我们一直在[研究]的关键科学是理解一种本质上相当困难的材料的测量——它是纳米级的，所以它实际上是一个原子厚的碳层。”“要想测量得既准确又准确，还要为英国和世界各地的公司提供质量控制手段，这实际上是一个非常大的挑战。”

石墨烯以其导热性和导电性以及强度和灵活性著称，在现有材料中添加石墨烯可以提高大量产品的质量和效率，从可穿戴技术中的电池到航空航天和低碳运输部门的复合材料。

波拉德说:“这变得非常令人兴奋，因为你可以在你或我，或普通大众会使用的产品上得到多方面的改进。”“石墨烯的真正好处之一是，它有非常广泛的技术应用，所以我们正考虑与许多不同领域的公司合作，不仅帮助他们理解材料的测量，还帮助他们理解中间体和最终产品。”

其中一个例子是它在建筑行业的潜在用途，在混凝土中添加微量石墨烯可以用来提高强度和抗水性，实际上可以减少20%的混凝土需求量。“混凝土是地球上最丰富的人造材料，实际上贡献了英国约8%的碳排放，”他说。“如果你能少用20%的混凝土，你的二氧化碳排放量就会突然大幅减少。”

从可持续发展的角度来看，石墨烯在各个行业的广泛好处被波拉德和他的国家物理实验室团队视为真正的游戏规则改变者。而混凝土只是这种材料如何在对抗气候变化中发挥重要作用的一个例子。

他补充说，石墨烯也可能被证明是能源存储技术发展的关键，少量的石墨烯被用于提高超级电容器的能量密度，以及提高新电池的稳定性，如锂硫电池作为电动汽车的可持续解决方案。

另一个潜在的应用领域是使用石墨烯添加剂来改善汽车轮胎的环境可持续性。

波拉德解释说，每年有数十亿的汽车轮胎被烧毁或掩埋，而在原始塑料中添加少量石墨烯可以提高可回收性，并允许这些轮胎重新使用。

与此同时，在航空航天等行业，公司正在努力应对开发新的低碳技术所需要的挑战，石墨烯可能在下一代轻质复合材料中发挥重要作用，这将是电动垂直起降飞机eVTOL等新兴技术的关键。

虽然我们已经开始看到石墨烯在从运动装备到智能手机甚至汽车等应用领域的使用有所增加，但Pollard强调，在以可控成本将该技术商业化方面仍存在相当大的挑战。他说，实现这一潜力的最大障碍之一是石墨烯标准化和质量控制的模糊性。他说，国家物理实验室在计量学和石墨烯表征方面的工作将是给希望在其产品中使用石墨烯的公司信心的关键。

Pollard解释说，标有“石墨烯”的产品可以有多种形式，可以是粉末、液体分散体或浆液。他说:“知道了这些特性，例如粉末中颗粒的大小，厚度和横向尺寸都将对最终产品和将要生产、销售和使用的产品的性能产生影响。”“如果你不知道这些特性是什么，你就无法判断它是否是你想要使用的正确材料。”

我们需要一种每个人都能用的方法，这样每个人都能用同样的方法来衡量它

“例如，有些材料非常适合制作复合材料，但不适用于电池，反之亦然，你可能需要非常不同的性能……这就是我们在世界各地开发国际标准的原因。”为了证明这一点，我们需要一种每个人都能用的方法，这样每个人都能用同样的方法来衡量它。这就提供了我们可以定义的准确性和精确度。”

国家物理实验室和曼彻斯特大学国家石墨烯研究所(NGI)的工作，通过对石墨烯的物理、结构和化学特性的研究，支持了这一需求。今年3月，ISO(国际标准组织)发布了首个定义石墨烯产品结构性能的国际石墨烯测量标准。这遵循了几年前制定的术语标准，允许对石墨烯类型(如氧化石墨烯和少层石墨烯)进行精确定义。

国家物理实验室正在进行的进一步工作包括为该材料的化学性质制定一种测量标准，研究更具体、更深入的氧化石墨烯标准，以及建立快速的质量控制方法，这些方法可以由扩大该材料规模的公司快速、经济有效地完成。Pollard和他的团队与First graphene、Haydale、Cambridge Nanosystems和Thomas Swan等石墨烯产品的生产者、改良者和用户密切合作。

Pollard认为，在未来20年里，石墨烯的全部潜力将开始在更广泛的产品和应用中展现出来。

波拉德说:“它在我们的日常生活中无处不在，而我们却不会注意到。”他举了很多例子，从我们用可持续的石墨烯材料建造的房子，到可用于发展更绿色、更智能的城市的传感器，以及用于新型交通方式的新材料等领域，再到电子产品。

他总结说:“英国是最早被孤立的地方，我们在这里有世界领先的专业知识、学术和公司，但它非常全球化，所以实际上能够在这些国家进行贸易和供应链——这是国际标准化实现的。”