寧波材料所研制出低成本高品質的生物基石墨烯

發布時間：2015-04-07 10:50 原文鏈接：寧波材料所研制出低成本高品質的生物基石墨烯

　　石墨烯是一類新型的碳材料，也是目前世界上最薄最堅硬的納米材料，在導熱、導電、透光性能、氣體阻隔方面具有卓越的特性。因此，石墨烯也被稱為“夢幻材料”。從目前石墨烯產品的宏觀形態和層數來看，石墨烯產品可以分為寡層石墨烯微粉和大面積單層石墨烯。前者主要利用化學氧化還原法或者機械剝離法進行制備，潛在的應用領域為復合材料、導電油墨、傳感器以及電池電極等。后者主要通過化學氣相沉積法獲得，潛在的應用領域為透明觸摸屏等。當前，兩類產品都展開了競爭激烈的工業化研究，而在寡層石墨烯微粉領域的競爭尤為白熱化。但是目前高昂的價格嚴重限制了石墨烯的應用，開發低成本高品質的石墨烯是當前研究的焦點。

　　中國科學院寧波材料技術與工程研究所在石墨烯制備和應用技術研究中取得了系列進展。2012年劉兆平團隊的“石墨烯制備技術”成功實現轉移。該方法是以石墨為原材料，通過化學方法制備。該技術的研制成功對石墨烯制備和應用的發展具有一定的推動作用。近年來，“生物基合成材料”在國際上迅速發展成一個前景誘人的新興領域，寧波材料所朱錦團隊在國內較早開展了“生物基高分子材料”研究，開發了大豆基無醛膠和耐熱聚乳酸產品，并成功實現工業化和市場化。在此基礎上，該團隊研究發現以木質素、纖維素等廉價生物質碳源為原材料，成功制備出高純度高品質生物基石墨烯，而且成本較傳統石墨剝離法路線大幅度降低。已申請中國ZL兩項（CN 201310721586.6和CN 201410071766.9），更多的新ZL也在申請中。生物基石墨烯的宏觀狀態為蓬松的黑色粉末（如圖1a和1b所示）。在圖1c中，生物基石墨烯在透射電鏡TEM的觀測下，呈現寡層石墨烯獨有的半透明現象。據多樣品統計，其典型的二維平面大小在0.5-2μm之間。此外，經氣體吸附BET法實驗的測定，該產品的比表面積在400-1000 m2/g范圍。在圖1d的拉曼光譜中，生物基石墨烯顯示了較低的ID/IG峰比值，說明產品的石墨化程度較高，缺陷較少。此外，在2700cm-1附近發現了尖銳的2D峰，說明石墨烯微粉的平均層數較少。以上實驗證據均說明生物基石墨烯的質量很好。利用寧波材料所余海斌團隊獨有的分散技術，生物基石墨烯對涂料的防腐性能有顯著提高（如圖2所示）。

　　生物基石墨烯的出現，打破了生產石墨烯產品必須以石墨或石化資源為碳源的現狀，實現了石墨烯產品原材料的可持續性發展。而這種原材料上的創新還帶來了諸多的制備技術創新，工藝創新，從而使石墨烯的價格由數千元一公斤，下降到數百元一公斤以下。總體來說，低成本生物基石墨烯產品的出現，為石墨烯產業開辟了新的生產方式，打開了廣闊的應用前景。