陜西石墨烯納米材料

2011年11月8日，中國(guó)寶安公告稱，其控股分公司深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司投入開(kāi)發(fā)的石墨烯項(xiàng)目產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及中試獲得關(guān)鍵進(jìn)展，“中試……石墨烯日產(chǎn)量已平穩(wěn)在1公斤以上……”然而，一天之內(nèi)，就有傳媒找出了疑問(wèn)并開(kāi)展質(zhì)疑報(bào)道，或許是這樣的行為刺痛了寶安的神經(jīng)，其也在兩天之內(nèi)很快作出反應(yīng)，再度披露澄清公告，稱中試公告中說(shuō)的1公斤石墨烯是涵蓋了多層混合物。石墨烯和混合物，是存在天壤之別的兩個(gè)定義。依據(jù)相關(guān)資料記載，石墨烯*指厚度只有一個(gè)碳原子的單層石墨。其他層數(shù)的石墨材質(zhì)都不能叫石墨烯，并且其他層數(shù)的石墨材質(zhì)與石墨烯價(jià)錢相距極大。目前，石墨烯在中國(guó)市場(chǎng)上的價(jià)位5倍于金子，超過(guò)2000元/克，而多層石墨烯(納米石墨)價(jià)位約莫8元/克。由于石墨烯與多層石墨烯在導(dǎo)電性、機(jī)械性等性能上區(qū)別龐大，也是致使價(jià)位歧異極大的緣故?！?1月8日的公告中稱中試得到關(guān)鍵進(jìn)展，說(shuō)是‘石墨烯’。石墨烯的導(dǎo)熱性能優(yōu)異，易分散，易加工。陜西石墨烯納米材料

石墨烯的研究熱潮也吸引了國(guó)內(nèi)外材料植被研究的興趣，石墨烯材料的制備方法已報(bào)道的有：機(jī)械剝離法、化學(xué)氧化法、晶體外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法、有機(jī)合成法和碳納米管剝離法等。1、微機(jī)械剝離法2004年，Geim等***用微機(jī)械剝離法，成功地從高定向熱裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剝離并觀測(cè)到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準(zhǔn)二維石墨烯并觀測(cè)到其形貌，揭示了石墨烯二維晶體結(jié)構(gòu)存在的原因。微機(jī)械剝離法可以制備出高質(zhì)量石墨烯，但存在產(chǎn)率低和成本高的不足，不滿足工業(yè)化和規(guī)模化生產(chǎn)要求，目前只能作為實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制備。2、化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在規(guī)?；苽涫┑膯?wèn)題方面有了新的突破。CVD法是指反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。麻省理工學(xué)院的Kong等、韓國(guó)成均館大學(xué)的Hong等和普渡大學(xué)的Chen等在利用CVD法制備石墨烯。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡(jiǎn)易沉積爐，通入含碳?xì)怏w，如：碳?xì)浠衔?，它在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面,形成石墨烯，通過(guò)輕微的化學(xué)刻蝕，使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。單層石墨烯吸附常州第六元素是專業(yè)從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)及銷售的專精特新小巨人企業(yè)。

納米碳材料是指分散相尺度至少有一維小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子組成，也可以由異種原子(非碳原子)組成，甚至可以是納米孔。納米碳材料主要包括四種類型:石墨烯、碳納米管，碳納米纖維，納米碳球。碳元素是自然界中存在的與人類**密切相關(guān)、**重要的元素之一，它具有SP、SP2、SP3雜化的多樣電子軌道特性，在加之SP2的異向性導(dǎo)致晶體的各向?qū)院推渌帕械母飨驅(qū)?。因此以碳元素?**構(gòu)成元素的碳素材料具有各式各樣的性質(zhì)，并且新碳素相合新碳素材料還不斷被發(fā)現(xiàn)和人工制得。事實(shí)上，沒(méi)有任何元素能像碳這樣作為單一元素可形成像三維金剛石晶體、二維石墨層片、一維卡賓和碳納米管、零維富勒烯分子等如此之多的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)完全不同的物質(zhì)。表1給出了碳的化學(xué)鍵合及其形成的各種典型有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和碳相的例子。

石墨烯內(nèi)部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp雜化軌道成鍵，并有如下的特點(diǎn):碳原子有4個(gè)價(jià)電子，其中3個(gè)電子生成sp鍵，即每個(gè)碳原子都貢獻(xiàn)一個(gè)位于pz軌道上的未成鍵電子，近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵，新形成的π鍵呈半填滿狀態(tài)。研究證實(shí)，石墨烯中碳原子的配位數(shù)為3，每?jī)蓚€(gè)相鄰碳原子間的鍵長(zhǎng)為1.42×10米，鍵與鍵之間的夾角為120°。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環(huán)的蜂窩式層狀結(jié)構(gòu)外，每個(gè)碳原子的垂直于層平面的pz軌道可以形成貫穿全層的多原子的大π鍵(與苯環(huán)類似)，因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電和光學(xué)性能。石墨烯具有非常良好的光學(xué)特性，在較寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收率約為2.3%，看上去幾乎是透明的。在幾層石墨烯厚度范圍內(nèi)，厚度每增加一層，吸收率增加2.3%。大面積的石墨烯薄膜同樣具有優(yōu)異的光學(xué)特性，且其光學(xué)特性隨石墨烯厚度的改變而發(fā)生變化。這是單層石墨烯所具有的不尋常低能電子結(jié)構(gòu)。室溫下對(duì)雙柵極雙層石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管施加電壓，石墨烯的帶隙可在0~0.25eV間調(diào)整。施加磁場(chǎng)，石墨烯納米帶的光學(xué)響應(yīng)可調(diào)諧至太赫茲范圍。氧化石墨易于接枝改性，可與復(fù)合材料進(jìn)行原位復(fù)合。

科學(xué)家們已成功運(yùn)用二維材料組裝成了兼具很小人造孔的海水脫鹽設(shè)備，容許直徑大于其裂縫本身的離子通過(guò)，沖破了傳統(tǒng)觀念，為制造高通量水脫鹽膜鋪墊了道路。曼徹斯特大學(xué)國(guó)家石墨烯研究所（NGI）的研究人員成功地在一個(gè)尺碼*為幾埃（）的新型膜片上制造了小尺碼的狹縫。這使得能夠研究各種離子到底如何通過(guò)這些細(xì)微的孔。這些狹縫由石墨烯、六方氮化硼（hBN）和二硫化鉬（MoS2）制成，并且令人驚訝的是，它容許直徑大于其自身尺碼的離子時(shí)有發(fā)生滲透。這種尺碼排阻研究利于更好地明了相近規(guī)模的生物過(guò)濾器如水通道蛋白的工作機(jī)理，從而有助于開(kāi)發(fā)用以海水脫鹽和相關(guān)技術(shù)的高通量過(guò)濾器。對(duì)于對(duì)流體及其過(guò)濾行為感興趣的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，可控地制造大小相近小離子和單個(gè)水分子的毛細(xì)管是一個(gè)***但好像遙遠(yuǎn)的目標(biāo)。研究人員始終在試圖模擬自然時(shí)有發(fā)生的離子運(yùn)輸系統(tǒng)，但實(shí)情驗(yàn)證這是不容易的。用到基準(zhǔn)技術(shù)和常規(guī)材質(zhì)制造的通道不幸受到材質(zhì)表面固有粗糙度的限制，其大小一般而言比小離子的水合直徑大**少十倍。今年早些時(shí)候，NGI開(kāi)發(fā)的石墨烯氧化物衍生膜受到相當(dāng)大的關(guān)注，是新型過(guò)濾技術(shù)的潛力運(yùn)動(dòng)員。石墨烯是電化學(xué)生物傳感器的理想材料。陜西石墨烯納米材料

石墨烯適用于鋰離子電池正負(fù)極材料，可有效提高電池能量，改善循環(huán)壽命和倍率性能。陜西石墨烯納米材料

石墨烯導(dǎo)電性能較好，且具有很高的熱輻射系數(shù)，在散熱涂料中添加石墨烯，通過(guò)“導(dǎo)熱搭橋”機(jī)理，涂層的散熱面積大幅增加，有助于將熱源的熱量快速散發(fā)。此外，漆膜中的石墨烯，還能夠避免因高溫造成的涂層耐老化性下降，有助于在高溫環(huán)境中長(zhǎng)期使用。石墨烯輻射的光波波長(zhǎng)是3—15微米左右，與人體發(fā)射的紅外頻譜接近，所以，石墨烯能發(fā)射的“生命光波”被吸收產(chǎn)生溫?zé)嵝?yīng)，能與生物體內(nèi)細(xì)胞的水分子產(chǎn)生***的“共振”，使人體微血管擴(kuò)張，血液循環(huán)加快，促進(jìn)機(jī)體的新陳代謝，提高機(jī)體的免疫能力。在緊身運(yùn)動(dòng)衣、瑜珈服、慢跑服、泳裝、防曬服、跑步鞋等運(yùn)動(dòng)系列中，使用石墨烯錦綸長(zhǎng)絲或混紡紗線，可以利用石墨烯錦綸AAA級(jí)抑菌、持續(xù)導(dǎo)熱、防紫外線和高耐磨等特性，從而得到防臭、親膚、散熱、防曬的多功能性運(yùn)動(dòng)面料。在無(wú)縫內(nèi)衣、棉紡內(nèi)衣、嬰孕內(nèi)衣等內(nèi)衣系列中，使用石墨烯錦綸長(zhǎng)絲或混紡紗線，可以利用石墨烯錦綸AAA級(jí)抑菌、無(wú)重金屬、遠(yuǎn)紅外等特性，從而得到安全、康護(hù)、舒適的多功能內(nèi)衣面料。在床墊、床單、被套、沙發(fā)套等家紡系列中，使用石墨烯錦綸長(zhǎng)絲或混紡紗線，可以利用石墨烯錦綸AAA級(jí)抑菌、無(wú)重金屬、防螨、遠(yuǎn)紅外等特性。陜西石墨烯納米材料