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规模制备石墨烯技术取得新进展

来源:科学网 作者:秦志伟 2017-12-05 11:20:56

  12月3日,记者从石墨烯规模制备新技术媒体发布会上获悉,针对石墨稀规模制备技术现有不足,北京化工大学教授、博士生导师毋伟带领研究团队成功研发出高效、低成本、高品质石墨烯规模化生产新技术,并于日前与北京中元龙港矿业科技有限公司合作建立中试生产线,实现技术转化。

  据介绍,该技术在物理液相剥离法的基础上创新手段,经中试验证,可高效率、低成本、无污染地生产高纯度石墨烯。经检测,利用该技术生产的石墨烯产品质量优质,平均层数7层以下,片的尺寸大于3微米。

  石墨烯作为一种新材料,是构成石墨、碳纳米管、富勒烯等碳材料的基本结构单元,具有强度最高、韧性最高、透光率最高、重量最轻、电子迁移率最快、导电性最佳的优异特性,借助“石墨烯+”的平台支撑,可以为一大批传统材料的性能提升与应用拓展提供有力支撑,同时衍生出一系列性能优异的新一代功能元器件,在锂离子电池、太阳能电池、超级电容器、传感器、生物医药、复合材料、环保、柔性显示、半导体行业等领域均有良好的应用前景。

  毋伟表示,实现石墨稀的高性能低成本且稳定性高规模化制备是其应用的前提和保障,更是当前学界关注和研究的焦点。现有的石墨烯制备方法很多,如气相合成法、氧化还原法及液相剥离法等。其中液相剥离法被认为是高性能石墨烯规模化制备的重要方法之一,但目前制备效率和产率仍较低,因此,石墨稀的高效率低成本规模化制备技术成为产业重要需求。

  针对这一问题,毋伟带领研究团队在以液相剥离法制备石墨烯的基础上,创新性地提出用石墨衍生物作为分散剂,采用高速水相剪切法来解决该过程效率低及规模制备难以放大等问题,建成了年产一吨的中试生产线,所得产品理化性能良好。经生产线验证,该工艺有以下几个特点:绿色环保,以水为溶剂,在常压下进行,不加表面活性剂等有机成分,对环境无害;成本较低,每公斤石墨烯成本在500元以内;产品质量好,由于产品主要是剥离法制得,缺陷少,层数低,多在七层以内,片的大小在3~5微米之间,未加入表面活性剂对产品无污染,纯度高,产品的导电率接近50000S/m,达到国际领先水平;所用重要设备都来自市场定型设备,所使用的添加剂也可从市场购买,原料来源广,可膨或高纯鳞片石墨及人工石墨均可,具有很好的产业化前景。

  据成果转化合作方、北京中元龙港矿业科技有限公司董事长龙珍介绍,公司专注于天然鳞片石墨产品的全过程开发。今年1月,公司与北京化工大学签署合作协议,致力于使用物理法制备石墨烯的深层研发。6月,双方共同成立“北京化工大学—北京中元龙港矿业科技有限公司研发中心”,致力于石墨烯下游产品研发生产。

  记者了解到,目前,北京中元龙港矿业科技有限公司已经建成年产1吨的中试生产线,计划从今年6月开始在内蒙古兴和县建设规模化生产基地。

  毋伟表示,尽管学界对于石墨烯的研究日益深入,但石墨烯行业仍处于初级阶段。随着制备方法取得重大进展,石墨烯材料的大规模生产已经实现,通过石墨化学或物理加工,石墨烯粉末或悬浮液年产量可达数十万吨,但完整的石墨烯材料产业链仍非常重要,石墨烯大量应用及性能的充分挖掘有待突破。在成果转化后,基础研究与应用研究之间通常会有一个良性循环,石墨烯和相关材料的产业发展将进一步助推石墨稀基础研究的迅速进步。

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