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        一枝獨秀的石墨烯

        作者:
        來源:
        2019/08/15 20:16
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        【摘要】:

          作為鉛筆芯的主要組成材料,石墨是再尋常不過的碳材料。

          石墨烯是石墨的基本組成單元,為石墨單原子層六方網格基面。把石墨烯層層疊放起來,就構成石墨。 納米世界的奇妙之處在于,一旦把石墨基面從其三維集體中解放出來,它就綻放出一系列異乎尋常的性能,被譽為“超級材料”。

          值得探討的是,石墨烯作為碳元素的單質存在形式,嚴格上說不宜“套用”有機物的命名方式。 如所周知,“烷、烯、炔”是碳氫化合物的命名方式,依據碳-碳鍵的完美程度,依次把飽和(完美)碳鍵者叫做烷,火字偏旁說明其易燃,烯對應碳-碳雙鍵(稀少了些), 而炔則對應碳-碳三鍵(飽和程度進一步缺乏)。這種不嚴謹是歷史原因,不提也罷。但是,這種不嚴謹卻開了濫觴,使得“烯”竟成了后續二維材料的時髦命名方式,令人不禁扼腕。

          從使用價值出發,石墨烯是已知的最薄、最堅韌的納米材料,它幾乎完全透明,質輕、結構穩定且具有良好的柔韌性和超強的導電、導熱性,在高精尖領域有巨大的應用潛能,是一種輻射性極強的、極具戰略意義的“顛覆性材料”。 我們選擇石墨烯作為研究主體做精做強,最重要的原因是通過石墨烯研發可以促進傳統材料的升級,帶動民用、軍用等一大批產業的革新。

          值得指出的是,當前,國際主流的粉體石墨烯制造技術存在“三高一低”問題:主流氧化還原技術雖然比較適于規?;a, 但生產過程高度污染環境、產品缺陷率極高,不宜用于高性能領域。英國電弧法技術雖然能夠制備結構接近石墨烯的納米角,生產效率卻極低 ,嚴重阻礙了石墨烯的工業化應用。 因而,近年來國際研究熱點聚焦在對高缺陷石墨烯的修復技術上,治標不治本。我們團隊鎖定石墨烯制造源頭, 開展科研攻關,發明了國際領先的全流程綠色量產高品質石墨烯技術,實現了用清潔辦法一步制造出優質石墨烯粉體的目標。其制備過程能耗低于電弧法的1%,制品質量優于電弧法, 成本不到其0.5%,能耗相當的單機年產能可達數十噸。

          不僅在制備方面,石墨烯的產業化應用也是我們關注的重點。針對當前鋰電池易引起失火爆炸和續航能力不強等問題,鄭州新世紀材料基因組工程研究院用石墨烯代替傳統石墨做電池負極材料,將石墨烯與非嵌入式正極材料復合, 研制出較為成熟的金屬離子電池, 儲能密度能夠提高2.5倍, 充放電速度更快,使用更安全。針對PM2.5的重要來源之一——汽車尾氣排放, 研究院研發出具有高效過濾功能的石墨烯布,解決尾氣污染問題;在一些諸如紅外致熱、高效換熱、電磁屏蔽、防腐、防腐潤滑油脂、殺菌、理療等功能復合材料的研究都在逐步推進。

          目前,以鄭州新世紀材料基因組工程研究院作為研發龍頭,正積極建設石墨烯創新基地,將配套建設一個年產大于50噸的制造中心,孵化應用技術,形成輻射周邊的應用產業鏈,實現就地生產、消化、應用。

        (作者:鄭州新世紀材料基因組工程研究院院長 邵國勝)

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