诸城石墨烯产业技术研究院石墨烯研发团队自主研发的石墨烯插层剥离法,生产的石墨烯平均厚度小于4nm,片层尺寸3~10μm。该方法生产过程绿色、成本低,有效地避免了以往氧化还原法中使用强氧化剂插层对石墨烯晶格结构的破坏,因此能够获得缺陷很少的石墨烯片层,其电导率可高达104~105 S/m,达到美国和日本等的先进水平,且克服了气相沉积法设备昂贵、制备条件苛刻等缺点,是目前国内外适宜大规模生产的新技术之一。
石墨烯简介
石墨烯(Graphene),是一种由C原子经sp2电子轨道杂化后形成的蜂巢状的准二维结构,是C元素的另外一种同素异构体。2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃消洛夫(Konstantin Novoselov)发现他们能用一种非常简单的方法:通过把高定向石墨使用特殊胶带多次剥离,于是薄片越来越薄,终于,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。
目前国内外石墨烯的制备方法有化学氧化还原法、化学气相沉积法(CVD)、外延生长法、微机械剥离法、液相剥离法等方法。但是因为化学法大量使用强酸强氧化剂污染严重;气相沉积与外延生长法可得到高质量石墨烯但成本高;微机械剥离法产量低质量严重依靠操作人员经验,无法大批量生产;液相剥离法存在剥离厚度不均匀的特点。现在诸城市石墨烯研究院采用的交变电场磁场制备石墨烯具有产品质量稳定,层数少,绿色环保,可批量生产的特点。
石墨烯特性
力学特性
石墨烯是已知强度很高的材料之一,同时还具有很好的韧性,且可以弯曲,石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa,固有的拉伸强度为130GPa。
电子效应
石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(V·s),这一数值超过了硅材料的10倍,是目前已知载流子迁移率很高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下,石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/(V·s)。并且石墨烯是一种无距离半导体。
热性能
石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK,是目前为止导热系数很高的碳材料,高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。
光学特性
石墨烯具有非常良好的光学特性,在较宽波长范围内吸收率约为2.3%,看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内,厚度每增加一层,吸收率增加2.3%。当入射光的强度超过某一临界值时,石墨烯对其的吸收会达到饱和。
溶解性:在溶剂中表现出良好的溶解性,具有超疏水性和超亲油性。
熔点:科学家在2015年的研究中表示约4125K ,有其他研究表明熔点可能在5000K左右。
其他性质:可以吸附和脱附各种原子和分子。
石墨烯应用领域与市场前景
石墨烯的研究与应用开发持续升温,石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。鉴于石墨烯材料优异的性能及其潜在的应用价值,在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。研究者们致力于在不同领域尝试不同方法以求制备高质量、大面积石墨烯材料。石墨烯的复合材料应用在中国取得了长足的进步,包括石墨烯改性纤维材料,石墨烯导电油墨,石墨烯红外辐射加热体,石墨烯增强金属材料,石墨烯增强陶瓷材料,石墨烯改性润滑油,石墨烯改性防腐涂料等方向。诸城石墨烯产业技术研究院一直致力于通过对石墨烯制备工艺的不断优化和改进,降低石墨烯制备成本使其优异的材料性能得到更广泛的应用,并逐步走向产业化。
中国在石墨烯研究上也具有独特的优势,从生产角度看,作为石墨烯生产原料的石墨,在我国储能丰富,价格低廉。正是看到了石墨烯的应用前景,许多纷纷建立石墨烯相关技术研发机构,尝试使用石墨烯商业化,进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。如欧盟委员会将石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”,设立专项研发计划,未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立石墨烯研究所(NGI),力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。诸城市石墨烯产业研究院始终走在石墨烯制备与石墨烯应用研究的前列,特别是在石墨烯绿色制备、石墨烯复合材料:石墨烯改性纤维、石墨烯改性润滑油、石墨烯改性防腐涂料、石墨烯导电油墨与石墨烯远红外加热膜等方向更是走在产业化的前列。