規(guī)模制備石墨烯技術取得新進展

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

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

近日，記者從石墨烯規(guī)模制備新技術媒體發(fā)布會上獲悉，針對石墨稀規(guī)模制備技術現(xiàn)有不足，北京化工大學教授毋偉帶領研究團隊成功研發(fā)出高效、低成本、高品質石墨烯規(guī)模化生產新技術，并于日前與北京中元龍港礦業(yè)科技有限公司合作建立中試生產線，實現(xiàn)技術轉化。

據(jù)介紹，該技術在物理液相剝離法的基礎上創(chuàng)新手段，經(jīng)中試驗證，可高效率、低成本、無污染地生產高純度石墨烯。經(jīng)檢測，利用該技術生產的石墨烯產品質量優(yōu)質，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，是構成石墨、碳納米管、富勒烯等碳材料的基本結構單元，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、復合材料、環(huán)保、柔性顯示、半導體行業(yè)等領域均有良好的應用前景。

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)模化制備是其應用的前提和保障，更是當前學界關注和研究的焦點。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，液相剝離法被認為是高性能石墨烯規(guī)模化制備的重要方法之一，但目前制備效率和產率仍較低，因此，石墨稀的高效率、低成本規(guī)模化制備技術成為產業(yè)重要需求。

針對這一問題，毋偉帶領研究團隊在以液相剝離法制備石墨烯的基礎上，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，建成了年產一噸的中試生產線，所得產品理化性能良好。經(jīng)生產線驗證，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;產品質量好，由于產品主要是剝離法制得，缺陷少，層數(shù)低，多在七層以內，片的大小在3至5微米之間，未加入表面活性劑對產品無污染，純度高，產品的導電率接近50000S/m，達到國際領先水平;所用重要設備都來自市場定型設備，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，具有很好的產業(yè)化前景。

據(jù)成果轉化合作方、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品的全過程開發(fā)。今年1月，公司與北京化工大學簽署合作協(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—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品研發(fā)生產。

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1噸的中試生產線，計劃從今年6月開始在內蒙古興和縣建設規(guī)模化生產基地。

毋偉表示，盡管學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)模生產已經(jīng)實現(xiàn)，通過石墨化學或物理加工，石墨烯粉末或懸浮液年產量可達數(shù)十萬噸，但完整的石墨烯材料產業(yè)鏈仍非常重要，石墨烯大量應用及性能的充分挖掘有待突破。在成果轉化后，基礎研究與應用研究之間通常會有一個良性循環(huán)，石墨烯和相關材料的產業(yè)發(fā)展將進一步助推石墨稀基礎研究的迅速進步。