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石墨烯產品生產加工難,檢測認證體系仍需完善
信息來源:spxcl 發布時間:2018-11-26 20:05:29 瀏覽次數:

自從2010年曼徹斯特大學的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫發現石墨烯這種新型材料后,石墨烯這幾年可以說是賺夠了風頭,在電池能源行業、生物材料以及傳感器等行業無數研究人員為其折腰,相關企業數量也是如雨后春筍般瘋狂增長。

石墨烯產品生產加工難,檢測認證體系仍需完善

火熱的浪潮雖然依舊強勢,但是石墨烯粉末的質量卻讓人擔憂。近日,新加坡國立大學研究人員在材料學頂級期刊Advanced Materials上發文表示,利用他們最新研究的石墨烯產品質量檢測技術,在檢測來自美洲、亞洲和歐洲60余家供貨商的石墨烯樣品時發現,大部分石墨烯片含量不到10%,幾乎全是未剝離的石墨粉末,并且污染較多,這可能是加工過程中產生的雜志。石墨烯材料目前主要的應用還是依賴于從石墨烯片,這些石墨烯片是需要從石墨中剝離出來的,這些“假石墨烯”造成了石墨烯市場參差不齊的現狀。

石墨烯產品生產加工難,檢測認證體系仍需完善

石墨烯主要是由碳原子以sp2雜化軌道組成的單層碳納米二維材料,它有著十分優秀的光學、熱學、導電能力以及強度等性能。隨著石墨烯的研究更加深入,研究人員發現雙層以及多層的石墨烯性能更加優秀,國際標準化組織IOS認定當組成石墨烯的碳原子層數量不多于10層時,才能稱之為石墨烯。最近,也有一些國際機構對這種標準提出了質疑。

性能優良,卻難以大批量生產

石墨烯性能雖然優良,但是批量生產存在很大問題。其實,生產單層石墨烯已經不是什么新鮮事了,不過當然不是利用安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫的 “撕膠帶法”,而是采用了目前最為成熟的在銅箔基底上“化學氣相沉積法(CVD)”。但是在工業制造和商品化的角度來看的話,這種方法成本較高,并且相關工藝還需要優化,所以大規模生產可能還需時日。

石墨烯產品生產加工難,檢測認證體系仍需完善

從技術角度來看,目前CVD設備內的模具空間尺寸受限,對于單層石墨烯的連續制備捉襟見肘。即使CVD設備內的空間尺寸足夠大,在工藝上控制石墨烯表面質量完好、不破損也是一個技術難點。另外,如果能夠生產出大面積質量完好的石墨烯,它也不能單獨使用。因為大面積的石墨烯比較薄,容易破損,必須要用在一些電子產品和元器件中。這種特性也在一定程度上限制了石墨烯的制備。

石墨烯與其他材料復合困難

研究人員在實驗室中研究石墨烯時,發現了一個制約石墨烯大規模應用的因素,石墨烯十分頑固,很難在基體和其他材料中分散。首先,正如上文提到的片狀石墨烯很薄,在與其他材料加工復合過程中,如果產生高溫、高壓等條件,石墨烯非常容易產生皺褶、變形等現象,破壞了片狀石墨烯的結構,復合材料達不到所需要的性能。

石墨烯產品生產加工難,檢測認證體系仍需完善

另外,單層石墨烯之間的范德華力(分子間作用力)很大,復合所用的材料很難將其打開,參考獲得諾貝爾獎的機械剝離法中所用的石墨是有多層的石墨烯組成的,所以增加石墨烯層數能夠很好地降低層與層之間的范德華力,但是層數增加到十層以上的話,也很難體現出石墨烯的改性作用。

還有一點需要考慮的是,由于碳碳原子緊密堆積,缺少活潑的官能團,石墨烯表現出很強的化學惰性。

檢測、認證體系尤為重要

那么在生產制備優質的石墨烯以及相關的復合材料較難的情況下,利用相關政策來控制石墨烯市場的標準十分重要。據悉,我國石墨礦儲量占到了全球總量的75%,產能達到了世界總量的72%,在作為資源大國和制造業大國的同時,我們必須要關心石墨烯的產出質量。早在一年前,中國的石墨烯企業有很大一批都出現了產能過剩,賣不出去的情況。

大型的研究機構和像蘋果、三星這些國際性大公司在石墨烯領域還在申請專利和相關研究階段,在很大程度上,很多石墨烯相關企業股市的瘋漲也是炒起來的,泡沫成分比較多。完善認證體系控制上、游企業顯得更加重要,另外,目前的檢測手段主要集中在石墨烯的含量檢測上,而對于石墨烯及其產品功能的檢測手段十分匱乏,這也是亟待解決的問題之一。


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