「用胺基酸磨出石墨烯」：低碳、高導電的新製程突破等待量產

石墨烯以「全球最強材料之一」之名聞名超過十年，憑藉超薄、超強、導電佳的特性，被視為電子、能源、先進材料領域的關鍵突破口。然而，要真正進入量產與應用端，它仍跨不過一個核心瓶頸：難以均勻分散。

過去業界為了改善石墨烯分散性，多半靠氧化、化學改質或極端製程，但這些方式往往破壞石墨烯的導電網絡，使性能大幅下降。墨爾本蒙納許大學研究團隊最新發表的研究則顛覆了這項「兩難」，展示了一種不靠劇烈化學、也不需高溫高壓的全新方法，能同時達到高導電性與高度可分散性，並兼具低能耗與低汙染。

低溫、低能耗、一鍋到底：靠機械力與「甘胺酸」達成氮摻雜

研究團隊採用的是機械化學（mechanochemistry），利用行星式球磨機讓硬球反覆撞擊石墨，使其剝離為薄片，同時讓氮原子嵌入石墨烯的晶格中。但最關鍵的創新，是使用天然胺基酸「甘胺酸」（glycine）作為氮源，而非有毒溶劑或高風險化學品。

在僅 400 rpm、室溫與常壓的條件下進行 20 小時球磨，石墨、氫氧化鉀與甘胺酸便在同一反應器內完成「剝離」、「活化」與「氮摻雜」三件事。

研究結果顯示：

研究也進一步證實，性能提升主要來自「氮功能化」而非氧基團。當研究人員移除氧元素後，石墨烯分散性未受影響，而導電性更提升至 1478 S/m 。

環境負擔大幅降低：E factor 僅 88，遠勝濕式球磨

團隊量化了製程的環境績效：

這顯示該方法非常適合做為永續材料製程的一環。

實際應用：讓可回收塑料「自我修復」與快速導熱

為驗證其實用性，研究團隊將氮摻雜石墨烯加入可重塑的聚合物「vitrimer」中。僅需不到 1 wt%，便能顯著提升材料性能：

該材料在 176 μm 的刮痕下，可於 6 分鐘內完全修復 ；未填充的 vitrimer 則完全無法進行自癒。 此外，氮摻雜石墨烯使材料的應力鬆弛時間縮短至 16 秒（200°C），明顯優於一般石墨填料的 400 秒。

產業意義：提供電動車、綠能、循環材料「下一代導電填料」

石墨烯若能兼具高導電、高分散與低碳製程，潛在應用範圍包含：

由於製程符合低能耗、高產率、低毒性的永續要求，研究可望改善石墨烯「能做、做得出、卻不容易量產」的困境。

雖然工業化仍需調整球磨時間與設備規模，但此研究提供一條接近量產、具永續性的材料創新路線，並有可能成為未來高性能導電填料的主流選項。