規(guī)模制備石墨烯技術(shù)取得新進展

2017-12-14 13:32:38 中國科學(xué)報　作者：秦志偉　點擊量：評論 (0)

近日，記者從石墨烯規(guī)模制備新技術(shù)媒體發(fā)布會上獲悉，針對石墨稀規(guī)模制備技術(shù)現(xiàn)有不足，北京化工大學(xué)教授毋偉帶領(lǐng)研究團隊成功研發(fā)出高效、低成本、高品質(zhì)石墨烯規(guī)模化生產(chǎn)新技術(shù)，并于日前與北京中元龍港礦業(yè)科

據(jù)介紹，該技術(shù)在物理液相剝離法的基礎(chǔ)上創(chuàng)新手段，經(jīng)中試驗證，可高效率、低成本、無污染地生產(chǎn)高純度石墨烯。經(jīng)檢測，利用該技術(shù)生產(chǎn)的石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，平均層數(shù)7層以下，片的尺寸大于3微米。

石墨烯作為一種新材料，是構(gòu)成石墨、碳納米管、富勒烯等碳材料的基本結(jié)構(gòu)單元，具有強度最高、韌性最高、透光率最高、重量最輕、電子遷移率最快、導(dǎo)電性最佳的優(yōu)異特性，借助“石墨烯+”的平臺支撐，可以為一大批傳統(tǒng)材料的性能提升與應(yīng)用拓展提供有力支撐，同時衍生出一系列性能優(yōu)異的新一代功能元器件，在鋰離子電池、太陽能電池、超級電容器、傳感器、生物醫(yī)藥、復(fù)合材料、環(huán)保、柔性顯示、半導(dǎo)體行業(yè)等領(lǐng)域均有良好的應(yīng)用前景。

毋偉表示，實現(xiàn)石墨稀的高性能、低成本且穩(wěn)定性高，規(guī)?；苽涫瞧鋺?yīng)用的前提和保障，更是當(dāng)前學(xué)界關(guān)注和研究的焦點。現(xiàn)有的石墨烯制備方法很多，如氣相合成法、氧化還原法及液相剝離法等。其中，液相剝離法被認(rèn)為是高性能石墨烯規(guī)?；苽涞闹匾椒ㄖ?，但目前制備效率和產(chǎn)率仍較低，因此，石墨稀的高效率、低成本規(guī)?；苽浼夹g(shù)成為產(chǎn)業(yè)重要需求。

針對這一問題，毋偉帶領(lǐng)研究團隊在以液相剝離法制備石墨烯的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出用石墨衍生物作為分散劑，采用高速水相剪切法來解決該過程效率低及規(guī)模制備難以放大等問題，建成了年產(chǎn)一噸的中試生產(chǎn)線，所得產(chǎn)品理化性能良好。經(jīng)生產(chǎn)線驗證，該工藝有以下幾個特點：綠色環(huán)保，以水為溶劑，在常壓下進行，不加表面活性劑等有機成分，對環(huán)境無害;成本較低，每公斤石墨烯成本在500元以內(nèi);產(chǎn)品質(zhì)量好，由于產(chǎn)品主要是剝離法制得，缺陷少，層數(shù)低，多在七層以內(nèi)，片的大小在3至5微米之間，未加入表面活性劑對產(chǎn)品無污染，純度高，產(chǎn)品的導(dǎo)電率接近50000S/m，達(dá)到國際領(lǐng)先水平;所用重要設(shè)備都來自市場定型設(shè)備，所使用的添加劑也可從市場購買，原料來源廣，可膨或高純鱗片石墨及人工石墨均可，具有很好的產(chǎn)業(yè)化前景。

據(jù)成果轉(zhuǎn)化合作方、北京中元龍港礦業(yè)科技有限公司董事長龍珍介紹，公司專注于天然鱗片石墨產(chǎn)品的全過程開發(fā)。今年1月，公司與北京化工大學(xué)簽署合作協(xié)議，致力于使用物理法制備石墨烯的深層研發(fā)。6月，雙方共同成立“北京化工大學(xué)—北京中元龍港礦業(yè)科技有限公司研發(fā)中心”，致力于石墨烯下游產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)。

記者了解到，目前，北京中元龍港礦業(yè)科技有限公司已經(jīng)建成年產(chǎn)1噸的中試生產(chǎn)線，計劃從今年6月開始在內(nèi)蒙古興和縣建設(shè)規(guī)模化生產(chǎn)基地。

毋偉表示，盡管學(xué)界對于石墨烯的研究日益深入，但石墨烯行業(yè)仍處于初級階段。隨著制備方法取得重大進展，石墨烯材料的大規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)，通過石墨化學(xué)或物理加工，石墨烯粉末或懸浮液年產(chǎn)量可達(dá)數(shù)十萬噸，但完整的石墨烯材料產(chǎn)業(yè)鏈仍非常重要，石墨烯大量應(yīng)用及性能的充分挖掘有待突破。在成果轉(zhuǎn)化后，基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究之間通常會有一個良性循環(huán)，石墨烯和相關(guān)材料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展將進一步助推石墨稀基礎(chǔ)研究的迅速進步。

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