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石墨烯产业健康成长还要“败虚火”

2017-07-19 11:40
姚看江湖
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7月6日,在2017世界石墨烯创新大会上发布的《2016-2017中国石墨烯发展年度报告》显示,2016年以来,我国石墨烯企业爆发式增长,研发类企业占比约43%,突破应用领域多为触摸屏等产品零件,但完整成型的突破性终端产品并不多见,产品类型未成体系。报告认为,目前我国石墨烯产业仍处在概念导入期,是产业化突破的初期阶段,石墨烯产业成熟至少还需要5到10年的时间。

日前,有媒体报道美国堪萨斯州立大学的物理学家可能找到了廉价量产石墨烯的方法,通过这种方法生产石墨烯只需三个简单步骤和使用三种简单材料。发明这种方法的克里斯·索伦森申请并获得了专利。这一消息,引起了我国科研人员的高度关注与热烈议论。

被称为“黑金”的石墨烯有哪些特性?我国石墨烯研发与应用又处于何种状态?

“黑金”石墨烯

环境风险面前 寻找石墨烯制备新方法

科学家预言石墨烯将“彻底改变21世纪”,有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。为此,近10年来全球从事这个领域研究的科学家们,都力求在石墨烯的制备技术上尽快突破,期望能早日实现量产,抢占国际市场制高点。

石墨是层状结构,层与层之间以范德华力相互作用,作用力较弱,很容易剥落。2004年,英国曼彻斯特大学的研究者利用胶带反复刮擦石墨片,直至获得单层的石墨,也就是石墨烯。江苏理工学院副教授唐煌7月4日接受科技日报记者采访时说:“这种二维碳材料表现出优异的物理及化学性质,成为材料学、物理学、化学等领域的研究热点。”

唐煌介绍,石墨烯的制备方法很多,科研上主要有微机械剥离法,化学气相沉积法,外延生长法,氧化还原法(Hummers法)等,除了Hummers法,其他方法制备的石墨烯质量较高,是石墨烯研究中不可或缺的方法。但是无法产业化量产,只能局限于实验室的科学研究。

目前,产业上Hummers法用得较多,但该方法得到的石墨烯不完美,结构上有很多缺陷,同时该方法产生大量化学废液,存在一定的环境风险。正是由于在石墨烯制备上存在着明显的缺陷,任何国家政府都没有办法支持它的产业化。因此,近年来,各国科学家又潜心寻找石墨烯制备的新方法。

海洋化工研究院高级工程师孙春龙7月6日对科技日报记者说:“类似克里斯·索伦森的爆炸法制备石墨烯,国内也有人研究过,但至今没听说过有成功量产的消息。”

市场需求虽大 石墨烯却难以量产

由于石墨烯的结构特点,决定了石墨烯具有薄且坚硬,透光度好,导热性强,导电率高,结构稳定,电子迁移速度快等特性,市场应用前景广阔,近10年来,石墨烯概念在全球受到广泛追捧,国内对石墨烯的研发与应用热度,也是“水涨船高”,持续不减。

尽管市场需求大,但石墨烯却始终难以量产。“关键在于必须解决一些重要的技术难题。”唐煌告诉记者,目前,石墨烯在产业界还缺乏统一的质量标准。而技术和标准也成为制约石墨烯产业化的巨大绊脚石,石墨烯的产业化依旧任重道远。

单层与多层有何不同之处?唐煌解释,石墨烯根据其层数一般可以分成单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。其中,单层石墨烯是严格意义上的石墨烯,少层石墨烯由3—10层构成。当层数大于10层,一般称为多层石墨烯。因为石墨烯的优异性能会随着层数的增加显著下降,业界认为,超过10层便不具备石墨烯材料的优异性能。

7月6日,多年从事研发的中国碳谷科技集团首席专家戴加龙在接受科技日报记者采访时表示:“应该说,在国际石墨烯制备技术上,我国处于国际同步的水平。除了常用的氧化还原法和液相剥离法外,我们碳谷科技采取产学研联合攻关,使用优质大鳞片石墨为原料,通过微机械剥离方式制得少层石墨烯,其主要优点是径厚比大、生产过程无污染、保留了二维材料优秀的机械性能和电学性能。”

用中科院院士、北京大学纳米科学与技术研究中心主任刘忠范的话来说,“碳谷科技独特的分段式微机械剥分工艺,在当前国际石墨烯产业面临多种制约和瓶颈之下,开创了一条新的发展路径,为石墨烯产业的大规模应用,起到了很好的引领作用。”

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