石墨烯產業化仍待攻克製備與應用的關鍵共性技術

石墨烯產(chan) 業(ye) 化仍待攻克製備與(yu) 應用的關(guan) 鍵共性技術

中科院寧波材料技術與(yu) 工程研究所研究員、浙江省石墨烯製造業(ye) 創新中心主任劉兆平做“石墨烯產(chan) 業(ye) 化製備及應用的挑戰”主題報告。他說，石墨烯規模化低成本製備仍麵臨(lin) 諸多挑戰，石墨烯應用還有很多關(guan) 鍵共性技術問題亟待解決(jue) ，隻有上下遊協同創新突破瓶頸，才能真正發揮石墨烯在產(chan) 業(ye) 變革中的關(guan) 鍵作用。

 石墨烯是目前發現的最薄、強度最大、導電性最好的新型納米材料，被譽為(wei) “黑金”。石墨烯以其優(you) 異的應用特性，有望掀起一場席卷全球的新技術新產(chan) 業(ye) 革命。

　　石墨烯原材料主要有微片和薄膜兩(liang) 種形態。據劉兆平介紹，插層剝離法製備石墨烯，無氧化過程，石墨烯結構未被破壞，能夠保持較高導電性，越來越成為(wei) 工程化製備石墨烯的主流方法。

　　“插層剝離法主要麵臨(lin) 四大技術挑戰。”劉兆平說，一是少層單片剝離較難，插層剝離法製備十層以內(nei) 的石墨烯微片需要很高的工藝技巧；二是如何保證石墨烯漿料具備良好的分散性，通常認為(wei) 流動性良好代表分散性出色；三是如何確保石墨烯粉體(ti) 的分散性；四是如何實現綠色環保和低成本生產(chan) 。隻有突破這四個(ge) 難點，才能真正推動石墨烯產(chan) 業(ye) 化應用。

　　石墨烯粉體(ti) 存在堆疊嚴(yan) 重、產(chan) 率低、極度蓬鬆、粉塵飛揚、極易吸潮等問題。劉兆平認為(wei) 把石墨烯和高分子、其他納米材料等複合，尋找兩(liang) 種材料之間匹配的尺度和特性形成複合粉體(ti) ，可以有效解決(jue) 石墨烯團聚堆疊和致密度的問題，並且便於(yu) 分散複原。

　　據劉兆平介紹，其團隊采用插層剝離法已可批量製備平均厚度7層（2.4nm）的石墨烯，未來，插層剝離製備技術有望進一步突破，石墨烯厚度可從(cong) 平均7層降低至平均3層（1nm）。“但降低厚度之後石墨烯分散問題怎麽(me) 解決(jue) ，其應用效果是否會(hui) 有顯著提升，仍待研究。”劉兆平說。

　　在石墨烯薄膜製備上，CVD（化學氣相沉積）法是當前主流方法。其中卷對卷連續CVD製備技術可實現石墨烯從(cong) 單片到成卷製備，大幅提高製備效率和一致性。

　　劉兆平說，日本索尼、韓國三星、麻省理工學院和密歇根大學都先後進行了卷對卷製備石墨烯薄膜的探索，但製備效率均不理想。其中主要的技術挑戰是，如何讓石墨烯在運動銅箔上快速生長、如何讓大寬幅銅箔在接近融化狀態下快速傳(chuan) 送、如何把石墨烯快速無損轉移到柔性基材及任意基材、如何實現石墨烯多層轉移。

 劉兆平團隊近年來著力攻克石墨烯卷對卷製備技術挑戰，目前已建成年產(chan) 百萬(wan) 平米石墨烯薄膜卷材中試生產(chan) 線，可製備0.5米寬幅石墨烯薄膜，每分鍾超過5米，一次成卷上1000米，成本低於(yu) ITO（氧化銦錫），可轉移至聚酯、玻璃、陶瓷等多種基材，率先實現了石墨烯薄膜卷材低成本規模化製造。

　　從(cong) 石墨烯應用來看，石墨烯微片的導電、導熱、阻隔等特性可廣泛應用於(yu) 電池、橡塑、塗料等行業(ye) ，支撐傳(chuan) 統行業(ye) 轉型升級；石墨烯薄膜的柔性、透明、導電等特性可用於(yu) 柔性電子及傳(chuan) 感器，推動變革性技術發展。

　　劉兆平說，目前，石墨烯微片在新一代動力鋰電池、石墨烯薄膜在電熱膜應用上取得了初步成效，但石墨烯應用仍待突破諸多共性關(guan) 鍵技術問題，如石墨烯微片的分散、複合，石墨烯薄膜的表麵功能化、器件加工等。同時，質量和成本問題仍然是製約石墨烯產(chan) 業(ye) 化應用的瓶頸。

　　“石墨烯技術創新和產(chan) 業(ye) 化，必須與(yu) 相關(guan) 應用行業(ye) 深入融合。下遊應用要提前切入石墨烯原材料生產(chan) 過程，並以下遊應用為(wei) 主推動技術創新。同時，要進一步完善產(chan) 學研用資協同創新的體(ti) 製機製。”劉兆平說。