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小烯导读:二维石墨烯具有卓越的光、电、热和力学等性能,在众多传统产业和战略性新兴产业中有巨大的应用前景,被誉为下一代关键基础材料。然而,石墨烯产业化及应用的瓶颈性问题是如何高效率、规模化、低成本和环境友好地制备高质量石墨烯产品。
石墨烯——各种碳材料结构的基本单元
石墨烯是本世纪重点发展的新兴战略材料之一,具有结构稳定、导电性高、韧度高、强度高、比表面积超大等优异的物理化学性质(表1),可以大幅度提高复合材料的性能,实现复合材料在航天、军工、半导体以及新一代显示器等多个传统领域和战略性新兴产业领域的重要应用,被誉为下一代关键基础材料。
世界各国高度重视并皆将石墨烯提高到空前高度,投入大量人力、物力和财力抢占这一战略高地。欧盟委员会将石墨烯列为仅有的两个“未来新兴技术旗舰项目”之一。美国也将石墨烯视为同3D 打印技术同等重要的支撑未来科技发展的战略性产业。中国也在《新材料产业“十二五”发展规划》中明确提出积极开发石墨烯材料。
1 面向应用的石墨烯制备方法
微机械剥离法
Geim 等利用氧等离子束先在高定向热解石墨表面刻蚀出宽20 μm~2 mm、深5 μm 的微槽,用光刻胶将其粘到玻璃衬底上进行焙烧,再用透明胶反复地从石墨上剥离出石墨薄片,放入丙酮溶液中超声振荡,再将单晶硅片放入丙酮溶剂中,由于范德华力或毛细管力,单层石墨烯会吸附在硅片上,从而成功地制备出单层的石墨烯。
该方法直接从石墨上剥离出少层或者单层石墨烯,简单易行,不需要苛刻的实验条件,得到的石墨烯保持着完美的晶体结构,缺陷少,质量高。缺点是石墨烯的生产效率极低,仅限于实验室的基础研究。
外延生长法
该方法以单晶6H-SiC 为原料,利用氢气刻蚀处理后,再在高真空下通过电子轰击加热,除去氧化物。用俄歇电子能谱确定样品表面的氧化物被完全移除后, 在超低真空(1.333×10−8 Pa)、高温(1200~1450℃)条件下,恒温1~20 min,热分解去除其中的Si,在单晶(0001)面上分解出厚度受温度控制的石墨烯片。
该方法制备的石墨烯电导率较高,适用于对电性能要求较高的电子器件。主要缺点是该方法会产生难以控制的缺陷以及多晶畴结构,很难获得长程有序结构,难以制备大面积厚度单一的石墨烯。此外,制备条件苛刻、成本高,要在高压、真空条件下进行,分离难度大。
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石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的二维纳米碳材料。石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料,具有超薄、超轻、超高机械强度、超强导电性等优异性能,可广泛应用于电子信息、新材料、新能源、生物医药、航空航天及环境保护等诸多领域,是推动高技术发展的重要材料之一。美国、欧
石墨烯产业最大的瓶颈在于还没有形成完整的产业链,目前仍没有一种可以应用石墨烯的产品能够规模化生产。对石墨烯最大的需求仍然是各大院校及科研机构的研究使用。石墨烯在国内市场上从研发到应用的时间需要5-10年,需达到成熟的产业规模时间则会更长。而国内目前并没有上市公司的主营业务生产石墨烯,
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石墨烯是单层的碳原子,以sp2杂化轨道组成的片状连续六角型的二维材料。它是已知的世上最薄、最高强度和硬度、几乎完全透明的晶体材料,只吸收2.3%的可见光,理想状态下的强度约为普通钢的100倍。在室温下的导热系数高达5300W/(mdot;K),与碳纳米管的导热系数上限5800W/(mdot;K)相当,室温下它的电
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黑金新材料之王石墨烯是目前最轻、最薄、强度最高、导电性和导热性最好的纳米级新材料,具有广泛的应用前景。作为国内涂料行业的技术先驱,信和新材料股份有限公司牵头组建泉州新型涂料技术研究院(以下简称涂料研究院),研发石墨烯制备、生产的核心技术,积极探索石墨烯这块香饽饽在泉州不同领域的应
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石墨烯,一种新型二维碳材料,起步于好奇心驱动的基础研究(2010年诺贝尔物理学奖),有望促进材料、能源和电子信息的协同发展。石墨烯,集合优异的柔韧性、导热、导电、光学、光电和化学稳定性于一身,具有潜在的广泛应用前景。但是单层本征石墨烯的制备并不容易,规模化的制备目前只能接近本征石墨烯的
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