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材料学院
电弧法制备石墨烯
来源: 日期:2017年10月11日 11:31 点击数:

项目名称:电弧法制备石墨烯

负责人:陈元振

联系电话:

Email: cyz1984@xjtu.edu.cn

所在学院:材料学院

一、项目介绍

主要包括以下3方面:1)已具备的研究基础;2)技术创新性和领先性;3)技术成熟度、市场应用前景

石墨烯作为本世纪发展最快的新型二维碳材料,在能源能量存储,催化,半导体等各个方向都表现出优异的性能。但石墨烯制备工艺复杂且产量低,其价格十分昂贵,限制了石墨烯的应用。

本实验室开发了一种运用电弧高效制备石墨烯的工艺方法。现在已经达到比较成熟的阶段。其中石墨烯生产用电弧炉有专利,同时对石墨烯的制备方法以及石墨烯的性质做了深入研究,出版相关研究论文4篇。同时,前期研究表明电弧法制得石墨烯在锂离子电池,超级电容器,导电剂,复合材料增强相中具有优良的性能。

二、技术创新性与领先性

现在石墨烯制备方法主要是化学氧化法(即Humniers法),是将氧原子等插入到石墨层中间,再用还原剂与氧官能团反应将石墨剥离成具有一个或几个原子层的石墨烯。而本实验室开发的石墨烯制备方法是采用物理电弧法将石墨中的碳原子蒸发然后再重组成二位石墨烯结构。相比于传统石墨烯制备方法,它具有如下优势:

(1) 生产效率极高。如若使用普通石墨烯制备方法,最终制得石墨烯耗时约3-7天,而采用电弧法,则可在几分钟到十几分钟就可以完成,效率是普通方法的400多倍。

(2) 可实现自动化。电弧法制备石墨烯属于纯物理法,从填料,抽气,放电,到收集,整个过程都可以用设置程序完成。

(3) 清洁,无污染。传统的化学氧化法要大量使用浓硫酸,磷酸,高锰酸钾,硝酸盐等,制备过程中会造成空气污染和水污染,工人的操作环境差。而电弧法在密闭的腔室中完成,而且不会产生污染物。

(4) 材料纯度高。物理电弧法不会引入杂质对石墨烯造成污染,而且电弧放电是持续稳定的,因此,石墨烯的纯度高,均一性好。

(5) 制备成本低。除了仪器投入,石墨购买费用和电费,基本没有其他额外费用。

三、电弧法制备的石墨烯特性

(1) 石墨烯的导电性优异,因为不会引入其他异质原子(如氧原子)造成电阻增加的现象。

(2) 石墨烯片状形貌均匀。

(3) 石墨烯层数在1-10层左右。

四、应用领域及市场前景

本实验室开发的技术已经实现石墨烯的快速制备,相关理论和制备技术已经非常成熟。石墨烯量产技术的发展,不仅可以提高石墨烯的生产速度,同时对石墨烯的广泛应用具有重要意义,同时也蕴含着巨大的商机,市场应用前景广阔。

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