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石墨烯发展状况
过去的十几年石墨烯研究和产业化进步飞速,然而石墨烯产业化仍然面临诸多挑战和问题。面向石墨烯产业化应用的制备技术不是对实验室制备过程的简单放大,规模化制备对制备技术的可重复性、安全性和成本等都提出了更高的要求。尽管从产能上看石墨烯的粉体和薄膜均实现了宏量化制备。然而,石墨烯产品的生长工艺、原材料、设备甚至生产批次的不同,得到的产品质量和性能参差不齐,且很难达到统一的标准。
以史为鉴,参考另一类战略性碳材料——碳纤维的产业发展历程可知,材料的品质决定了其应用前途。i初研发的碳纤维只能用于钓鱼竿等,而今高i端碳纤维材料在航天航空领域占据的位置,这正是碳纤维的规模化制备技术和材料品质的不断提升,推动了碳纤维在高i端领域的广泛应用。石墨烯产业只有努力扎根于材料制备,解决材料的规模化制备问题,才有美好的应用未来。
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石墨烯的制备工艺
石墨烯是一种非常特殊的材料,石墨烯微波膨化设备定制,因为它具有导电和透明的优点。材料的透明度通常取决于它的电子性能,需要一个带隙。在正常情况下,透明度和电导率相互排斥,除了一些化合物,如铟锡氧化物(ITO)。然而,与ITO相比,石墨烯也很灵活,能够承受高强度的压力。因此,它对于柔性电子设备的应用非常有吸引力,例如触摸屏。因此,有大量的工作需要解决。本综述中所描述的方法是根据不同的要求来评价的:石墨烯的纯度,它是由缺乏固有缺陷(质量)、获得的薄片或层(尺寸)来定义的。另一方面是可以同时产生的石墨烯的数量或者是特殊设计的机器的复杂性。后一个属性是该方法的可控性,以实现可重复的结果(控制)。
剥落基本上有两种不同的方法来制备石墨烯。一方面,石墨烯可以与已有的石墨晶体分离,即所谓的去角质方法,另一方面,石墨烯层可以直接在基质层上生长。2004年,诺沃塞洛夫和Gaim用一种简单的胶粘带将石墨烯制成了石墨烯。
增长表面获得石墨烯的一种完全不同的方法是直接在表面上种植石墨烯。因此,得到的层的大小并不依赖于初始的石墨晶体。。要么碳已经存在于底物中,要么必须由化学气相沉积(CVD)添加。
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石墨烯的制备普及
据了解,石墨烯是二维层状材料家族中的明星材料,在光电、催化、传感器、透明导电薄膜、柔性电子器件、能源储存、防腐涂料、润滑、结构增强、武i器装备、航天航空等领域具有广阔的应用前景。
“目前常用于制备石墨烯的方法有机械剥离法、液相剥离法、外延生长法、化学气相沉积法、化学还原氧化石墨烯以及电化学方法。”据徐友龙教i授介绍,电化学方法是在电场的作用下,石墨烯微波膨化设备出售,通过阳极氧化或者阴极还原石墨电极,驱动电解液中的离子嵌入到石墨层中致使石墨结构发生膨胀、层间相互作用力减弱并随之产生剥离。
与上述其它方法相比,电化学方法制备石墨烯具有设备简单、过程、环境相对友好、成本低廉、可控性强且制备周期短等优点,是一种有很大潜力的大规模生产石墨烯的方法。
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