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

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

據介紹，該技術在物理液相剝離法的基礎上創新手段，經中試驗證，可高效率、低成本、無污染地生產高純度石墨烯。經檢測，利用該技術生產的石墨烯產品質量優質，平均層數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、導電性最佳的優異特性，借助“石墨烯+”的平臺支撐，可以為一大批傳統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、生物醫藥、復合材料、環保、柔性顯示、半導體行業等領域均有良好的應用前景。

毋偉表示，實現石墨稀的高性能、低成本且穩定性高，規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、低成本規模化制備技術成為產業重要需求。

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。經生產線驗證，該工藝有以下幾個特點：綠色環保，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，具有很好的產業化前景。

據成果轉化合作方、北京中元龍港礦業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。今年1月，公司與北京化工大學簽署合作協議，致力于使用物理法制備石墨烯的深層研發。6月，雙方共同成立“北京化工大學—北京中元龍港礦業科技有限公司研發中心”，致力于石墨烯下游產品研發生產。

記者了解到，目前，北京中元龍港礦業科技有限公司已經建成年產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，石墨烯材料的大規模生產已經實現，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十萬噸，但完整的石墨烯材料產業鏈仍非常重要，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，石墨烯和相關材料的產業發展將進一步助推石墨稀基礎研究的迅速進步。