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石墨烯的研究熱潮也吸引了國內外材料植被研究的興趣,石墨烯材料的制備方法已報道的有:機械剝離法、化學氧化法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、有機合成法和碳納米管剝離法等。1、微機械剝離法2004年,Geim等***用微機械剝離法,成功地從高定向熱裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剝離并觀測到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準二維石墨烯并觀測到其形貌,揭示了石墨烯二維晶體結構存在的原因。微機械剝離法可以制備出高質量石墨烯,但存在產率低和成本高的不足,不滿足工業(yè)化和規(guī)模化生產要求,目前只能作為實驗室小規(guī)模制備。2、化學氣相沉積法化學氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition,CVD)***在規(guī)?;苽涫┑膯栴}方面有了新的突破。CVD法是指反應物質在氣態(tài)條件下發(fā)生化學反應,生成固態(tài)物質沉積在加熱的固態(tài)基體表面,進而制得固體材料的工藝技術。麻省理工學院的Kong等、韓國成均館大學的Hong等和普渡大學的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易沉積爐,通入含碳氣體,如:碳氫化合物,它在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面,形成石墨烯,通過輕微的化學刻蝕,使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。防腐型石墨烯,外觀為黑色粉末。中國香港石墨烯研發(fā)
在緊身運動衣、瑜珈服、慢跑服、泳裝、防曬服、跑步鞋等運動系列中,使用石墨烯錦綸長絲或混紡紗線,可以利用石墨烯錦綸AAA級抑菌、持續(xù)導熱、防紫外線和高耐磨等特性,從而得到防臭、親膚、散熱、防曬的多功能性運動面料。在無縫內衣、棉紡內衣、嬰孕內衣等內衣系列中,使用石墨烯錦綸長絲或混紡紗線,可以利用石墨烯錦綸AAA級抑菌、無重金屬、遠紅外等特性,從而得到安全、康護、舒適的多功能內衣面料。在床墊、床單、被套、沙發(fā)套等家紡系列中,使用石墨烯錦綸長絲或混紡紗線,可以利用石墨烯錦綸AAA級抑菌、無重金屬、防螨、遠紅外等特性,從而得到安全、康護、舒適的多功能家紡面料。石墨烯內暖纖維長絲、短纖規(guī)格齊全,短纖可與棉毛絲麻等天然纖維以及滌綸腈綸等其他各種纖維等其他各種纖維搭配混紡,長絲可與各種纖維交織,制備不同功能需求的紗線面料。在紡織領域,可以制成內衣、內褲、襪類、嬰幼服飾、家居面料、戶外服裝等。石墨烯內暖纖維的用途并不僅限于服裝領域,還可以應用于車輛內飾、美容醫(yī)療衛(wèi)材、摩擦材料、過濾材料等。陜西石墨烯漿料石墨烯的導熱性能優(yōu)異,易分散,易加工。
石墨烯內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:碳原子有4個價電子,其中3個電子生成sp鍵,即每個碳原子都貢獻一個位于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,石墨烯中碳原子的配位數為3,每兩個相鄰碳原子間的鍵長為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)的蜂窩式層狀結構外,每個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)良的導電和光學性能。石墨烯具有非常良好的光學特性,在較寬波長范圍內吸收率約為2.3%,看上去幾乎是透明的。在幾層石墨烯厚度范圍內,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)異的光學特性,且其光學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構。室溫下對雙柵極雙層石墨烯場效應晶體管施加電壓,石墨烯的帶隙可在0~0.25eV間調整。施加磁場,石墨烯納米帶的光學響應可調諧至太赫茲范圍。
石墨烯具有優(yōu)異的導電性和強度等特點,未來可能成為硅的替代品,成為半導體產業(yè)新的基礎材料。第六元素掛牌新三板,推動了資本與科技的結合,將有助于拓展石墨烯應用領域,加速推進我國石墨烯產業(yè)化進程。一秒鐘即可充滿電的手機、可以折疊成手機大小放在口袋里的平板電腦……隨著石墨烯時代的到來,這些科幻片中的產品將走進現實。11月12日,江蘇常州第六元素科技股份有限公司在全國中小企業(yè)股份轉讓系統(tǒng)正式掛牌,成為國內真正以石墨烯產品為主營業(yè)務的新三板上市公司。業(yè)內人士分析,資本與科技的結合,有助于拓展石墨烯應用領域,加速推進國內石墨烯產業(yè)化進程。資料顯示,第六元素是一家專業(yè)從事石墨烯粉體的研發(fā)、生產、銷售,以及石墨烯產品應用技術開發(fā)的高科技企業(yè)。該公司成立于2011年,借助于技術、資金及人員等重要資源,公司已完成了石墨烯粉體宏量制備生產線的升級改造。2013年11月,公司年產100噸氧化石墨(烯)/石墨烯粉體的現代化生產線投產,300噸氧化石墨生產線也正在申報立項。該公司董事長瞿研博士說,“公司將抓住上市的契機,不斷完善生產工藝及制備方法,拓展應用領域,細分產品市場?!痹诎l(fā)布會現場。石墨烯獨特的二維結構使它對周圍的環(huán)境非常敏感。
石墨烯內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:碳原子有4個價電子,其中3個電子生成sp鍵,即每個碳原子都貢獻一個位于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,石墨烯中碳原子的配位數為3,每兩個相鄰碳原子間的鍵長為×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)的蜂窩式層狀結構外,每個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)良的導電和光學性能。石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm/(V·s),這一數值超過了硅材料的10倍,是已知載流子遷移率比較高的物質銻化銦(InSb)的兩倍以上。在某些特定條件下如低溫下,石墨烯的載流子遷移率甚至可高達250000cm/(V·s)。與很多材料不一樣,石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小,50~500K之間的任何溫度下,單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm/(V·s)左右。另外,石墨烯中電子載體和空穴載流子的半整數量子霍爾效應可以通過電場作用改變化學勢而被觀察到,而科學家在室溫條件下就觀察到了石墨烯的這種量子霍爾效應。石墨烯抗靜電阻燃復合材料高氧指數,以及良好的流動性與力學性能。寧夏石墨烯粉體
氧化石墨烯含有豐富的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團,更高的氧化程度,更好的剝離度。中國香港石墨烯研發(fā)
目前第六元素全資子公司常州第六元素半導體有限公司已與客戶成功開發(fā)石墨烯超級銅復合材料(“超級銅”),“超級銅”利用CVD沉積技術制備而成,石墨烯超級銅導電率高于銀10%,如成功應用于電機,若按10%替換,則每年節(jié)約用電,相當于葛洲壩電站近2個月的發(fā)電量,節(jié)約電費約20億元。近日,中國中車高電導率銅基復合材料“超級銅”登上央視《焦點訪談》節(jié)目。據中國中車介紹,“超級銅”由中車研究院與上海交通大學張荻團隊聯合研發(fā),是一種高電導率銅基復合材料。“超級銅”利用石墨烯較好的導電性和力學性能與銅材料片堆疊制成,實現了石墨烯和銅的優(yōu)勢互補。經過實驗驗證,超級銅的導電性能超過銀10%,如果全國10%的電機用上這種“超級銅”材料,那么一年可以節(jié)省出180多億度電。180億度電相當于節(jié)省出一個葛洲壩電站(2022年葛洲壩電站完成發(fā)電量)。目前,“超級銅”已完成中試驗證,驗證了超級銅的量產可行性,并實現了小批量生產,接下來將加快批量化制造進程。中國香港石墨烯研發(fā)
企業(yè): 常州第六元素材料科技股份有限公司
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