一、項目簡介

石墨烯可以視為單層石墨結構，其獨特的二維結構及其優(yōu)良導電性使其在微電子、半導體、電池以及防腐涂層中得到應用。目前石墨烯生產(chǎn)方法主要有機械剝離法，化學氣相沉積法，電輔助氧化法和氧化還原法。表1里列舉了這幾種方法的優(yōu)缺點。

表1 石墨烯各生產(chǎn)方式優(yōu)缺點對比

生產(chǎn)方式	優(yōu)點	缺點
機械剝離法	石墨烯品質較高，操作簡單，成本低廉	獲得的石墨烯尺寸不穩(wěn)定，無法實現(xiàn)量產(chǎn)。
化學氣相沉積法	操作相對簡單，石墨烯可以大面積生長，得到的石墨烯較為完整，質量較好	高溫工藝，成本高； 只能達到平方厘米的量級，難以滿足石墨烯的工業(yè)化應用
電輔助氧化法	生產(chǎn)設備簡單	難以控制石墨烯生長層數(shù)； 石墨烯較難從SiC基板上轉移； 使用強氧化劑，有害氣體產(chǎn)生。
氧化還原法	簡單易行的工藝成、高效且成本較低	石墨烯在生產(chǎn)過程易發(fā)生不可逆轉的團聚； 氧化還原的過程中，電子結構及晶體的完整性易被破壞，難以生產(chǎn)高品質產(chǎn)品； 生產(chǎn)廢液造成環(huán)境污染。

本團隊開發(fā)的石墨烯采用氣氛-電弧法，可以實現(xiàn)石墨烯的快速制備。相比于傳統(tǒng)石墨烯制備方法，它具有如下優(yōu)勢：

1）生產(chǎn)效率極高。氧化法制備石墨烯耗時約3-7天電弧法可在幾分鐘到十幾分鐘內完成，效率是普通方法的400多倍。

2）可實現(xiàn)自動化。電弧法制備石墨烯屬于純物理法，從填料，抽氣，放電，到收集，整個過程都可以用設置程序完成，實現(xiàn)自動化。

3）清潔，無污染。傳統(tǒng)的化學氧化法要大量使用濃硫酸，磷酸，高錳酸鉀，硝酸鹽等，制備過程中會造成空氣污染和水污染，工人的操作環(huán)境差。而電弧法在密閉的腔室中完成，而且不會產(chǎn)生污染物。

4）材料純度高。物理電弧法不會引入雜質對石墨烯造成污染，而且電弧放電是持續(xù)穩(wěn)定的，因此，石墨烯的純度高，均一性好。

電弧法制備的石墨烯形貌如圖1所示，石墨烯為小尺寸片狀形貌，透射電鏡（圖1 c，d）顯示石墨烯為1-7層不等的碳原子層組成。

圖1 石墨烯形貌表征

二、技術指標（性能參數(shù)）

層數(shù)	1-7層
純度	90%（視石墨棒加工方法）
尺寸	200-500 nm

三、市場前景及應用

隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先實現(xiàn)商業(yè)化應用的領域可能會是移動設備、航空航天、新能源電池領域。不同形貌的石墨烯具有不同的應用范圍。如大尺寸石墨烯膜可以用作柔性顯示器，變色玻璃。石墨烯還可以用來制作晶體管，這種晶體管在接近單個原子的尺度上依然能穩(wěn)定地工作。本項目生產(chǎn)的石墨烯為小尺寸石墨烯粉體材料，可以在汽車，新能源電池，催化劑載體，石墨烯電纜，散熱片等方面有巨大的應用潛力。

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