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戴加龙告诉你高端的石墨烯
发布:blast_k   时间:2016/11/2 23:34:36   阅读:1149 
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有业内人士认为,在国内,石墨烯是传奇还是传说。当今市场上石墨烯的概念被炒的沸沸扬扬,关于高品质石墨烯的相关制备的关注度却在降温,对石墨烯的下游应用,也只是热衷于概念的炒作,拿出几款实验室初级样品来冲击大众的视觉,却又无法真正实现后期的规模化应用,造成外界普遍认为现在的石墨烯只是个概念和传说,做石墨烯的大都是在炒概念。

那么,真正属于二维材料,结构“零缺陷”的高品质石墨烯是如何来制备的,下游应用目前又有了哪些突破,其中又存在着哪些问题呢。为此,科技日报记者独家采访了中国碳谷科技集团首席专家戴加龙,让我们一起来听听什么是真实的石墨烯。

记者:现在石墨烯的理论概念大家都已知道,但实际操作中对石墨烯又是如何来深度理解的?

戴加龙:现在业界对石墨烯的概念大多停留在理论上,实际上在真实应用中石墨烯应该理解为:纳米+二维材料+石墨自身的性能。

记者:现在我们明确了石墨烯在实际操作中的概念,那么对于高品质石墨烯的制备您认为应该注意哪些问题?

戴加龙:石墨烯很多企业都说能做,但属于二维材料,结构“零缺陷”的高品质石墨烯,能做的却是少之又少,我认为实际操作中高品质石墨烯的制备应该包括前处理、中制备、后整理等3个阶段。

前处理:石墨是碳元素的一种同素异形体,石墨具有鳞片状的层状矿物质结构,其地质成矿结构有硫化矿、氧化矿、无烟煤经过热变质转化等多种,石墨就是这些矿物质在地层的高温高压下,经过中、深程度的区域变质作用,碳质气化,结晶而形成的,因此他们各有千秋,性能各不相同,所以在石墨烯的选材上要根据其不同的性能和要求进行对号入座。

中制备:层状矿物质结构的石墨在结晶过程中的堆积是A、B、C结合,它的层间作用力是范德华力,表面结构非常完整,第四系引入的缺陷较多,对层间滑动分离造成很大的影响。因此在制备过程中要特别重视二维材料结构的完整性,并确保其径厚比不小于1500,径厚比是目前层状矿物质结构中二维材料最重要的衡量指标之一,具有较大的二维平面,所以首要考量的是径厚比的大小,其次再考量二维材料层间的厚度。其实,最重要的一点目前我们所需要的是石墨烯原生态的二维效果,这也是其他石墨烯难以进入下游最佳应用的原因之一。

后整理:制备出来的石墨烯初级产品离最终石墨烯成品还有相当的距离,因为在制备过程中层状结构在外力的作用下所形成的有一部分是三维材料、大部分是二维材料以及部分零维材料,还有伴生的其他物质以及外部引入的杂质,从而需要进行重新结构排列筛选和分级。通过筛选分出相应的粒径分布,从D5到D97的结构排列,才能符合下游应用所需的要求,从而充分发挥出石墨烯的真正性能。

记者:其实,下游应用才是石墨烯作为新材料被外界关注的重点,目前有众多企业在生产石墨烯样品,也将他们的样品给下游应用单位使用,以期获得突破,而实际效果却差强人意。你们公司与国家纳米科学中心成立了国家级石墨烯应用研发中心,并且做出了最好的石墨烯,那么你们在下游应用中有哪些突破,何时能实现真正的应用?

戴加龙:缺乏高品质石墨烯是制约石墨烯下游应用拓展的一个瓶颈,2015年12月我们公司与国家纳米科学中心联合成立了国家级“纳米技术应用实验室”,并成立石墨烯应用研发中心,在石墨烯的制备和下游应用研发方面取得了突破性的进展。

海洋化工研究院作为海洋涂料国家重点实验室,为了研制性能达到国际标准的富锌底漆要求的石墨烯锌粉底漆,采用了业界多家企业生产的石墨烯样品进行实验,都未能如愿,采用我们公司在江阴基地生产的高品质石墨烯后,实验获得了极大成功,在按照国家标准进行的盐雾实验中实验时间已超过了2000小时,涂料性能仍然表现优异,不久在高端产品上就会有比现在耐用数倍以上的防腐涂料面市。

环境治理目前已经上升到国家高度,未来10年我国将进行大规模的环境治理,但是一直缺乏有效的治理利器,我们公司与中国科技开发院江苏分院等单位合作研发的用于大气、水域环境治理的层状结构可见光催化产品已经问世。这是目前国际上唯一可用于大规模水质处理的光催化技术及产品,其核心“可见光响应的异质间高效量子转移技术”今年5月已经通过江苏省新技术鉴定。

记者:根据您的经验,石墨烯在下游应用尤其是复合材料的应用中目前还存在哪些问题,如何去解决。

戴加龙:石墨烯的微观性能如何以宏观的形式体现出来,目前至少存在两个重要的问题:如何将制备出的石墨烯均匀的加入到基体材料中?怎样保证石墨烯与该材料存在一定强度的界面结合力?

第一个问题在于石墨烯应用过程的分散,制备出的石墨烯普遍厚度为几个纳米左右,且极易团聚,按照传统的机械分散方式很难保证其能单片成立。分散状态很差可能造成局域浓度较高,石墨化严重从而影响其性能的发挥。在一段较长的工艺中,需要判别在哪一阶段中加入较好,以高分子复合材料为例,原位聚合的方法更适合石墨烯的分散,石墨烯粉体与塑料粒子的共混方式则不利于石墨烯的分散。

第二,石墨烯与其他材料仅存在微弱的范德华力,这种惰性的表面可能需要一定改性才可能在复合材料中有更好的相容性。不同的材料需要的改性剂往往也有区别,这需要做大量的实验。然而,有时在一些包覆的工艺中,加入改性剂反而影响了活性物质与石墨烯之间的直接相互作用。

戴加龙认为,总之,石墨烯的成功应用需要创新性的工艺和各个行业的密切合作才有可能得到真正实现。
 
来源:中国科技网-科技日报
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