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研究背景
石墨烯有三種不同的形態：粉體；薄膜；纖維。材料形態不同，用途也不一樣。
理論上講，高溫外延生長而成的連續態單晶石墨烯薄膜最能體現石墨烯的本征優異特性，如超高載流子遷移率、極高的熱導率以及超強的力學強度等。
超潔凈石墨烯薄膜
這種連續態石墨烯薄膜通常生長在銅、鎳等金屬表面，金屬的作用是降低碳源裂解溫度和石墨化溫度。金屬材料具有很好的導電性和導熱性，原子級厚度的石墨烯的優良導電、導熱特性會淹沒在宏觀厚度的金屬生長襯底貢獻的電子汪洋大海背景中。因此，在實際應用中，需要將石墨烯從金屬生長襯底表面剝離下來，轉移到目標支撐襯底上。
實現單原子層厚度的石墨烯剝離轉移無疑是一個巨大的技術挑戰，是制約石墨烯薄膜應用的瓶頸所在。
概念提出
超級蒙烯材料是北京石墨烯研究院研究團隊（簡稱BGI）提出的新概念。
通過高溫生長過程和巧妙的工藝設計，在傳統材料表面沉積連續態石墨烯薄膜。借助高性能石墨烯“蒙皮”，賦予傳統材料全新的功能，讓原子級厚度的石墨烯薄膜搭乘傳統材料載體走進市場。
不同于石墨烯涂料在材料表面的物理涂敷，這種直接生長的連續態石墨烯“蒙皮”最大程度地保存了石墨烯的本征特性，是普通石墨烯微片材料所無法比擬的。
超級蒙烯材料體現了連續態石墨烯薄膜應用的新理念，借助傳統材料襯底，解決了超薄石墨烯薄膜的無法自支撐問題，同時回避了金屬襯底上薄膜生長的剝離轉移難題。
超級蒙烯材料的概念示意圖
由于納米級到亞微米厚度的石墨烯蒙皮基本上不改變支撐襯底材料的宏觀形態，因此超級蒙烯材料具有工藝兼容性強的巨大優勢，在不改變現役工程材料加工工藝的前提下發揮其獨特的功能，可借力現役工程材料的廣闊應用市場，將石墨烯薄膜推向實際應用。
超級蒙烯材料家族
支撐襯底的選擇是超級蒙烯材料設計的關鍵所在，決定著制備可行性、材料性能以及應用前景。
超級蒙烯材料可分為蒙烯非金屬材料和蒙烯金屬材料。
蒙烯玻璃纖維、蒙烯氧化鋁、蒙烯碳化硅以及蒙烯氮化硼等都是蒙烯非金屬材料家族的重要成員。
蒙烯金屬材料通過在金屬襯底上生長石墨烯獲得，包括蒙烯銅、蒙烯鎳、蒙烯銦、蒙烯錫、蒙烯鋼等諸多種類。
按照襯底材料的形態分類，超級蒙烯材料又可以細分為蒙烯箔材、蒙烯纖維、蒙烯粉體以及蒙烯泡沫等多種形態，構成琳瑯滿目的超級蒙烯材料家族。不同形態的超級蒙烯材料進行后加工處理或者與其他材料復合，將進一步豐富超級蒙烯材料家族的內涵。
超級蒙烯材料的分類和主要形態
典型代表：蒙烯玻璃纖維
蒙烯玻璃纖維是超級蒙烯材料概念的第一個具體實例，通過高溫化學氣相沉積過程，在傳統玻璃纖維表面生長連續態石墨烯薄膜，實現石墨烯與玻璃纖維的有機結合，是一類全新的石墨烯/玻璃纖維復合材料。
蒙烯玻璃纖維：石墨烯與玻璃纖維的完美性能疊加
BGI團隊針對玻璃纖維上的石墨烯生長問題，通過空間限域生長、生長助劑引入、碳源前驅體設計、襯底表面調控以及流場設計等手段，打破了玻璃纖維襯底在碳源裂解、石墨烯成核、層數控制、結晶質量以及均勻性等方面的局限性，實現了高質量蒙烯玻璃纖維絲束和織物的可控制備。
蒙烯玻璃纖維的制備方法
(a)纖維絲束和織物上石墨烯CVD生長示意圖；(b)蒙烯玻璃纖維絲束(左)和蒙烯玻璃纖維織物(右)的實物照片
此外，利用玻璃纖維織物輕質、柔性、高強度的特點，BGI團隊設計了動態“卷對卷”規模化CVD生長系統，并對氣體流場、生長區熱場、溫度控制系統、進料控制系統等關鍵模塊進行了系統集成，研制 出第一代蒙烯玻璃纖維織物規模化制備裝備。
蒙烯玻璃纖維織物的規模化制備
(a–c)動態“卷對卷”規模化制備系統；(d)蒙烯玻璃纖維織物實物照片
目前，BGI正在建造規劃2條第三代卷對卷產線，進一步提升產能以應對日漸增長的各類需求。
全球首臺米級寬幅蒙烯玻璃纖維織物卷對卷制備系統
產能達20000平方米每年
作為新一代輕質、柔性的電熱轉換材料，蒙烯玻璃纖維在電加熱、輻射熱管理等領域擁有巨大的應用潛力。已成功用在飛行器的防除冰領域。
小結
超級蒙烯材料新概念的提出將有力推動石墨烯與傳統材料的融合，為連續態石墨烯薄膜材料的實用化開辟新路，為加快石墨烯材料的產業落地提供新的動力，有望促進電力電纜、信號傳輸、導熱散熱等結構功能器件的升級換代。
超級蒙烯材料研究尚處于起步階段，在材料設計、高溫生長、物性測量和應用探索方面空間巨大。
資料來源：
亓月,孫祿釗,劉忠范.超級蒙烯材料：石墨烯家族的新成員
北京石墨烯研究院
（中國粉體網編輯整理/黑金）
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