规模制备石墨烯技术取得新进展

(记者秦志伟)近日，记者在石墨烯规模化制备新技术新闻发布会上了解到，北京化工大学教授带领研究团队成功开发出高效率、低成本、高质量的石墨烯规模化生产新技术，并于近日与北京中原龙岗矿业科技有限公司合作建立了中试生产线，实现技术改造。

据介绍，该技术是基于物理液相剥离法的创新方法，通过中试验证，可以高效、低成本、无污染地生产高纯度石墨烯。经过测试，该技术生产的石墨烯产品质量高，平均层数低于7层，片尺寸大于3微米。

石墨烯作为一种新材料，是石墨、碳纳米管、富勒烯等碳材料的基本结构单元，具有最高强度、最高韧性、最高透光率、最轻重量、最快电子迁移率和最佳导电性等优异特性。在“石墨烯+”平台的支持下，可以为大量传统材料的性能提升和应用拓展提供强有力的支持，同时衍生出一系列性能优异的新一代功能组件。在锂离子电池、太阳能电池、超级电容器、传感器、生物医学、复合材料、环保、柔性显示器、半导体工业等领域具有良好的应用前景。

关伟说，实现石墨稀的高性能、低成本和高稳定性是其应用的前提和保证，也是当前学术界关注和研究的焦点。石墨烯的制备方法有很多，如气相合成法、氧化还原法和液相剥离法。其中，液相剥离法被认为是大规模制备高性能石墨烯的重要方法之一，但目前制备效率和产率仍然较低。因此，高效低成本的大规模石墨稀制备技术已成为重要的工业需求。

为了解决这个问题，在液相剥离法制备石墨烯的基础上，关伟带领研究团队创新性地提出用石墨衍生物作为分散剂，采用高速水相剪切法来解决工艺效率低、规模制备困难的问题。建成年产1吨的中试生产线，产品具有良好的理化性能。生产线验证了该工艺具有以下特点:环保、水为溶剂、常压、不添加表面活性剂等有机成分、对环境无害；成本低，每公斤石墨烯的成本在500元以内。产品质量很好。由于产品主要采用剥离法制备，缺陷少，层数少，层数大多在7层以内，片材尺寸在3-5微米之间，不添加表面活性剂对产品无污染，纯度高，产品电导率接近50000S/m，达到国际领先水平。使用的重要设备来自市场设定设备，使用的添加剂也可以从市场购买。原材料来源广泛。可膨胀或高纯片状石墨和人造石墨均可使用，具有良好的工业化前景。

北京中原龙岗矿业科技有限公司董事长龙珍表示，公司专注于天然鳞片石墨产品的全过程开发。今年1月，该公司与北京化工大学签署了合作协议，致力于物理方法制备石墨烯的深入研究和开发。6月，双方共同成立“北京化工大学R&D中心-北京中原龙岗矿业科技有限公司”，重点研发生产石墨烯下游产品。

记者了解到，目前，北京中原龙岗矿业科技有限公司已建成年产1吨的中试生产线，并计划从今年6月开始在内蒙古星河县建设大型生产基地。

关伟表示，虽然学术界对石墨烯的研究日益深入，但石墨烯产业仍处于初级阶段。随着制备方法的显著进步，石墨烯材料的大规模生产已经实现。通过对石墨进行化学或物理处理，石墨烯粉末或悬浮液的年产量可以达到几十万吨。然而，石墨烯材料的完整产业链仍然非常重要，石墨烯性能的大规模应用和充分开发需要突破。在成果转化之后，基础研究和应用研究之间通常会有一个良性循环。石墨烯及相关材料的产业化发展将进一步推动石墨稀基础研究的快速进展。

中国科学新闻(2017-12-14，第6版前沿)