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賦能業(yè)務(wù)提質(zhì)增效
被稱為有多種功能和應(yīng)用的石墨烯,在現(xiàn)在的市場(chǎng)上沒有得到普及,本文從石墨烯的技術(shù)方面,討論石墨烯沒有得到普及的原因。
獨(dú)特的結(jié)構(gòu)帶來的優(yōu)異性能從某種程度而言也成為石墨烯材料普及的制約因素。從材料結(jié)構(gòu)而言,單個(gè)碳原子層組成的二維材料,沒辦法單獨(dú)使用,而石墨烯自身化學(xué)鍵飽和,又很難和其他材料復(fù)合。
石墨烯材料的基礎(chǔ)科學(xué)研究,不斷追求更環(huán)保、更高質(zhì)量、規(guī)模化的石墨烯材料制備技術(shù),在從通常使用的強(qiáng)氧化技術(shù),逐漸發(fā)展到少使用或不使用強(qiáng)酸強(qiáng)氧化劑的機(jī)械剪切剝離技術(shù)。這種剝離工藝和英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫最初從石墨材料中分離出石墨烯的方法如出一轍,即利用每個(gè)原子層之間相對(duì)微弱的結(jié)合力,用透明膠帶粘住石墨片層的兩面,反復(fù)粘貼撕開,直到獲得只有一層原子厚度的石墨烯。
看似簡(jiǎn)單的提取方式雖然可以獲得高品質(zhì)的石墨烯,但石墨烯的大小只能靠運(yùn)氣且很難實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),因?yàn)?毫米厚的石墨薄片就能剝離出300萬層石墨烯。除此之外還有氧化還原法、化學(xué)氣相沉積法、超聲剝離法等。
多數(shù)化學(xué)方法制備的石墨烯,并不是純石墨烯,其實(shí)質(zhì)為多層的石墨堆積,產(chǎn)品質(zhì)量無法得到保障;化學(xué)氣相沉積制備石墨烯薄膜成本高,成品率低,難以進(jìn)行批量化生產(chǎn)。
目前的石墨烯主要有兩種形態(tài),一種是石墨烯薄膜,一種是類似炭黑的石墨烯粉體,兩者的應(yīng)用方向也不盡相同。薄膜形態(tài)的石墨烯已經(jīng)可以大規(guī)模生產(chǎn),包括重慶墨希科技有限公司、常州二維碳素、無錫格非等公司。
目前市面上比較主流的石墨烯制備方法主要有兩種。其一是化學(xué)氣相沉淀CVD法,主要利用的是化學(xué)反應(yīng)冷卻沉積的方式來沉積石墨烯。由于化學(xué)反應(yīng)可控性不強(qiáng),沉積所形成的石墨微片層數(shù)不穩(wěn)定,其制備的石墨微片很難達(dá)到石墨烯的結(jié)構(gòu)要求。第二種方法是氧化還原法,強(qiáng)氧化劑使石墨多層結(jié)構(gòu)中,層與層之間的鏈接分開,從而得到石墨烯。這種方法市場(chǎng)認(rèn)可,但是不能準(zhǔn)確分離石墨層,并且化學(xué)反應(yīng)會(huì)破壞石墨烯結(jié)構(gòu),產(chǎn)出的石墨微片很難達(dá)到市場(chǎng)化要求。
劉劍洪團(tuán)隊(duì)針對(duì)石墨烯結(jié)構(gòu)難以完整的問題研發(fā)了化學(xué)液相法,該方法直接從液態(tài)高分子經(jīng)過一系列熱化學(xué)反應(yīng)燒結(jié)成為石墨烯。經(jīng)檢測(cè),化學(xué)液相法生產(chǎn)的石墨烯經(jīng)其結(jié)構(gòu)與國際認(rèn)可的單層石墨烯結(jié)構(gòu)完全吻合。“只有完整的石墨烯結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮其卓越導(dǎo)電性的特效。”劉劍洪教授談到,“石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該在于導(dǎo)電性上,若是由于技術(shù)瓶頸而放棄開發(fā)其導(dǎo)電性,轉(zhuǎn)而發(fā)展導(dǎo)熱性,利用高成本的石墨烯去達(dá)到電阻發(fā)熱的效果,是不符合市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)的。
石墨烯如果要實(shí)現(xiàn)量化,企業(yè)需要在石墨烯的制備方向上繼續(xù)進(jìn)行深入研究,實(shí)現(xiàn)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用。
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