制造石墨烯納米材料

石墨烯是一種以碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料。具備低溫遠紅外功能，集***抑菌、抗紫外線。石墨烯獨特的二維結(jié)構(gòu)使其對周圍的環(huán)境非常敏感，是電化學(xué)生物傳感器的理想材料。由于石墨烯結(jié)構(gòu)的高度穩(wěn)定性，石墨烯制作的晶體管在接近單個原子的尺度上依首念頌然能穩(wěn)定地工作。石墨烯具有質(zhì)量輕、高化學(xué)穩(wěn)定性和高比表面積等優(yōu)點，使之高裂成為儲氫材料的比較好候選者。石墨烯內(nèi)部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp2雜化軌道成鍵，并有如下的特點：碳原子有4個價電子，其中3個電子生成sp2鍵，即每個碳原子都貢獻一個位于pz軌道上的未成鍵電子，近鄰者鄭原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵，新形成的π鍵呈半填滿狀態(tài)。研究證實，石墨烯中碳原子的配位數(shù)為3，每兩個相鄰碳原子間的鍵長為×10-10米，鍵與鍵之間的夾角為120°。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環(huán)的蜂窩式層狀結(jié)構(gòu)外，每個碳原子的垂直于層平面的pz軌道可以形成貫穿全層的多原子的大π鍵，因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電和光學(xué)性能。石墨烯地暖的安裝也非常簡便，可以根據(jù)房間的大小和布局進行靈活的安裝。制造石墨烯納米材料

目前第六元素全資子公司常州第六元素半導(dǎo)體有限公司已與客戶成功開發(fā)石墨烯超級銅復(fù)合材料（“超級銅”），“超級銅”利用CVD沉積技術(shù)制備而成，石墨烯超級銅導(dǎo)電率高于銀10%，如成功應(yīng)用于電機，若按10%替換，則每年節(jié)約用電，相當(dāng)于葛洲壩電站近2個月的發(fā)電量，節(jié)約電費約20億元。近日，中國中車高電導(dǎo)率銅基復(fù)合材料“超級銅”登上央視《焦點訪談》節(jié)目。據(jù)中國中車介紹，“超級銅”由中車研究院與上海交通大學(xué)張荻團隊聯(lián)合研發(fā)，是一種高電導(dǎo)率銅基復(fù)合材料?！俺夈~”利用石墨烯較好的導(dǎo)電性和力學(xué)性能與銅材料片堆疊制成，實現(xiàn)了石墨烯和銅的優(yōu)勢互補。經(jīng)過實驗驗證，超級銅的導(dǎo)電性能超過銀10%，如果全國10%的電機用上這種“超級銅”材料，那么一年可以節(jié)省出180多億度電。180億度電相當(dāng)于節(jié)省出一個葛洲壩電站（2022年葛洲壩電站完成發(fā)電量）。目前，“超級銅”已完成中試驗證，驗證了超級銅的量產(chǎn)可行性，并實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)，接下來將加快批量化制造進程。黑龍江石墨烯生產(chǎn)廠家石墨烯防腐漿料中分散有少層石墨烯，且具有較高的穩(wěn)定性。

納米碳材料是指分散相尺度至少有一維小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子組成，也可以由異種原子(非碳原子)組成，甚至可以是納米孔。納米碳材料主要包括四種類型:石墨烯、碳納米管，碳納米纖維，納米碳球。碳元素是自然界中存在的與人類**密切相關(guān)、**重要的元素之一，它具有SP、SP2、SP3雜化的多樣電子軌道特性，在加之SP2的異向性導(dǎo)致晶體的各向?qū)院推渌帕械母飨驅(qū)浴Ｒ虼艘蕴荚貫?**構(gòu)成元素的碳素材料具有各式各樣的性質(zhì)，并且新碳素相合新碳素材料還不斷被發(fā)現(xiàn)和人工制得。事實上，沒有任何元素能像碳這樣作為單一元素可形成像三維金剛石晶體、二維石墨層片、一維卡賓和碳納米管、零維富勒烯分子等如此之多的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)完全不同的物質(zhì)。表1給出了碳的化學(xué)鍵合及其形成的各種典型有機物、無機物和碳相的例子。

石墨烯納米帶（GrapheneNanoribbons,GNRs）具有帶隙精確可調(diào)的特性，以及在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)方面表現(xiàn)出的優(yōu)異性質(zhì)，使其在晶體管、量子器件等應(yīng)用中具有廣闊前景。其中，石墨烯納米帶異質(zhì)結(jié)（GNRHeterojunctions）通過將不同拓撲結(jié)構(gòu)的GNRs相結(jié)合，從而可以實現(xiàn)對其帶隙和局部性質(zhì)的進一步調(diào)控。此外，石墨烯納米帶異質(zhì)結(jié)還能夠在異質(zhì)界面上構(gòu)建獨特性質(zhì)的拓撲電子相，這為其在未來的量子器件應(yīng)用領(lǐng)域提供了巨大潛力。然而，由于缺乏高效可行的合成策略，精細且可控的合成石墨烯納米帶異質(zhì)結(jié)仍然是石墨烯納米帶研究領(lǐng)域所面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。近日，德累斯頓工業(yè)大學(xué)、馬普微結(jié)構(gòu)物理研究所的馮新亮/馬驥團隊利用一種新型的鏈增長聚合策略，通過可控的鈴木催化劑轉(zhuǎn)移聚合（SCTP）和隨后的肖爾反應(yīng)，成功合成了一種同時具有N=9扶手椅型（Armchair）邊緣和人字形（Chevron）的GNR異質(zhì)結(jié)（9-AGNR/cGNR）。石墨烯導(dǎo)電漿料中分散有少層石墨烯，可以作為電池正極導(dǎo)電劑。

溶劑熱法是指在特制的密閉反應(yīng)器(高壓釜)中，采用有機溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，通過將反應(yīng)體系加熱至臨界溫度(或接近臨界溫度)，在反應(yīng)體系中自身產(chǎn)生高壓而進行材料制備的一種有效方法。溶劑熱法解決了規(guī)?；苽涫┑膯栴}，同時也帶來了電導(dǎo)率很低的負面影響。為解決由此帶來的不足，研究者將溶劑熱法和氧化還原法相結(jié)合制備出了高質(zhì)量的石墨烯。Dai等發(fā)現(xiàn)溶劑熱條件下還原氧化石墨烯制備的石墨烯薄膜電阻小于傳統(tǒng)條件下制備石墨烯。溶劑熱法因高溫高壓封閉體系下可制備高質(zhì)量石墨烯的特點越來越受科學(xué)家的關(guān)注。溶劑熱法和其他制備方法的結(jié)合將成為石墨烯制備的又一亮點。石墨烯的制備方法還有高溫還原、光照還原、外延晶體生長法、微波法、電弧法、電化學(xué)法等。筆者在以上基礎(chǔ)上提出一種機械法制備納米石墨烯微片的新方法，并嘗試宏量生產(chǎn)石墨烯的研究中取得較好的成果。如何綜合運用各種石墨烯制備方法的優(yōu)勢，取長補短，解決石墨烯的難溶解性和不穩(wěn)定性的問題，完善結(jié)構(gòu)和電性能等是今后研究的熱點和難點，也為今后石墨烯的制備與合成開辟新的道路。常州第六元素氧化石墨(烯)產(chǎn)能達到1400噸/年，石墨烯粉產(chǎn)能達到100噸/年。江蘇石墨烯生產(chǎn)

石墨烯可提高涂層的附著力，降低漆膜厚度，使漆膜更加耐磨，使用壽命長。制造石墨烯納米材料

氧化-還原法制備成本低廉且容易實現(xiàn)，成為制備石墨烯的比較好方法，而且可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯不易分散的問題。氧化-還原法是指將天然石墨與強酸和強氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨(GO)，經(jīng)過超聲分散制備成氧化石墨烯(單層氧化石墨)，加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團，如羧基、環(huán)氧基和羥基，得到石墨烯。氧化-還原法被提出后，以其簡單易行的工藝成為實驗室制備石墨烯的**簡便的方法，得到廣大石墨烯研究者的青睞。Ruoff等發(fā)現(xiàn)通過加入化學(xué)物質(zhì)例如二甲肼、對苯二酚、硼氫化鈉(NaBH4)和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基團，就能得到石墨烯。氧化-還原法可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯難以分散在溶劑中的問題。氧化-還原法的缺點是宏量制備容易帶來廢液污染和制備的石墨烯存在一定的缺陷，例如，五元環(huán)、七元環(huán)等拓撲缺陷或存在-OH基團的結(jié)構(gòu)缺陷，這些將導(dǎo)致石墨烯部分電學(xué)性能的損失，使石墨烯的應(yīng)用受到限制。制造石墨烯納米材料