中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“一秒鐘內(nèi)下載一部高清電影，手機(jī)的充電時(shí)間縮短到一分鐘，這些都有可能在2024年前后實(shí)現(xiàn)，靠的僅僅是一個(gè)小小的石墨烯器件?！痹趦赡昵暗囊粓?chǎng)報(bào)告會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮曾作出如上預(yù)測(cè)。
近日，“石墨烯及其復(fù)合材料規(guī)?；苽渑c應(yīng)用”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，復(fù)旦大學(xué)聚合物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授盧紅斌透露：經(jīng)過(guò)項(xiàng)目組的多年研究，石墨烯低成本規(guī)?；苽浼夹g(shù)已漸成熟，可望加速實(shí)現(xiàn)我國(guó)天然石墨的高附加值利用，并拉動(dòng)新材料、電子器件、交通運(yùn)輸、航空航天和國(guó)防等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革新與進(jìn)步。
石墨烯是已知材料中最薄的二維晶體，僅單個(gè)碳原子厚度，其突出的力學(xué)強(qiáng)度、載流子遷移速率和巨大的比表面積等許多獨(dú)特性質(zhì)使其成為本世紀(jì)最具潛力的二維納米材料，激起了人們的強(qiáng)烈興趣。
目前，世界各國(guó)都已瞄準(zhǔn)了石墨烯商機(jī)，紛紛加大研發(fā)力度，著力推進(jìn)石墨烯的規(guī)?；瘧?yīng)用。
國(guó)內(nèi)外各大企業(yè)紛紛關(guān)注石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，且均已投入巨資試圖占領(lǐng)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點(diǎn)。近期，繼“中關(guān)村豐臺(tái)園戰(zhàn)略性新材料國(guó)際合作項(xiàng)目”首個(gè)以石墨烯新材料為關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)際合作項(xiàng)目正式啟動(dòng)后，全國(guó)中小企業(yè)股份轉(zhuǎn)讓系統(tǒng)（新三板）披露的公告顯示，主營(yíng)產(chǎn)品為石墨烯粉體的公司“第六元素”已獲得新三板掛牌函。
“然而，迄今為止，石墨烯低成本、高效率生產(chǎn)仍然是制約其商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸?！?盧紅斌說(shuō)。石墨烯是天然石墨的基本構(gòu)造單元，將石墨剝離成為單個(gè)石墨烯片層是實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。
如果能夠在液相中實(shí)現(xiàn)無(wú)需還原的高效剝離、且可高濃度穩(wěn)定分散于溶劑中，將不僅能夠簡(jiǎn)化工藝流程，也可有效解決石墨烯規(guī)?；苽渑c應(yīng)用中的儲(chǔ)存和運(yùn)輸問(wèn)題。
近日，項(xiàng)目組提出的一種快速、高效的水相剝離新技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)石墨烯的規(guī)模化制備與應(yīng)用提供了有效的解決方案。整個(gè)剝離過(guò)程都是在室溫常壓下進(jìn)行的，可在幾小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)石墨烯的徹底剝離，基本不涉及高溫操作。
據(jù)介紹，剝離過(guò)程采用的全部是廉價(jià)的常規(guī)試劑，這使得最終制備的石墨烯成本甚至低于高質(zhì)量的導(dǎo)電炭黑。剝離的石墨烯不僅具有良好的結(jié)構(gòu)完整性和薄膜電導(dǎo)率，還可在比炭黑更低填充含量情況下實(shí)現(xiàn)更好的導(dǎo)電性能。同時(shí)，剝離的石墨烯還可以極高固體含量形成水相糊料或?yàn)V餅，后者仍可方便地再次均勻分散于水相溶液中且不發(fā)生聚集。這極大地方便了石墨烯的儲(chǔ)存運(yùn)輸以及與下游產(chǎn)品制備工藝的銜接，顯示了極佳的市場(chǎng)應(yīng)用潛力。
盧紅斌說(shuō)，對(duì)于石墨烯在復(fù)合材料和儲(chǔ)能材料中的應(yīng)用，其微觀結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控同樣是極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。項(xiàng)目組從2008年開(kāi)始從事石墨烯復(fù)合材料方面的研究，已在石墨烯表面修飾、界面結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鋰離子電池、超級(jí)電容器、燃料電池脫氫催化劑等方面取得系列進(jìn)展。
該項(xiàng)目組提出了第一個(gè)在石墨烯表面調(diào)控聚合物共價(jià)接枝密度和接枝鏈長(zhǎng)的方法、以及在石墨烯復(fù)合材料中構(gòu)建仿生界面的新方法；為了提高石墨烯基鋰電池容量和循環(huán)性質(zhì)，項(xiàng)目組建立了第一個(gè)二硫化鉬納米片層低成本、高效率自發(fā)剝離的新技術(shù)；為了優(yōu)化石墨烯基超級(jí)電容器和催化脫氫性能，項(xiàng)目組也相繼發(fā)展了高性能的石墨烯復(fù)合材料全固態(tài)超級(jí)電容器和高效率石墨烯負(fù)載催化劑。
盧紅斌說(shuō)，這些新方法的建立以及與低成本、高質(zhì)量石墨烯制備技術(shù)的結(jié)合，將促進(jìn)石墨烯新材料的商業(yè)應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)石墨資源的高效利用奠定基礎(chǔ)。
