【摘 要】
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石墨烯作为一大研究热点,以其优秀的理化特性,在许多应用中的产业化正在不断实现,这同时倒逼着石墨烯产能的不断提高。在工业生产和学术研究中,对于石墨烯宏量制备技术进行优化和改进,具有重要的意义和应用价值。本文提出了干法和湿法生产闪蒸石墨烯的加工工艺,针对传统方法加工石墨烯粉末的工艺中存在的效率不高、可选择的原料类型少等堵点和痛点展开研究,搭建了一套放电闪蒸加工系统。所设计的设备可充电电压为0～400
【基金项目】
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国家自然科学基金“第三代半导体纳米结构的电场/金属辅助湿法刻蚀加工新方法研究”,项目编号 51975127； 军委装备发展部领域基金；
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石墨烯作为一大研究热点,以其优秀的理化特性,在许多应用中的产业化正在不断实现,这同时倒逼着石墨烯产能的不断提高。在工业生产和学术研究中,对于石墨烯宏量制备技术进行优化和改进,具有重要的意义和应用价值。本文提出了干法和湿法生产闪蒸石墨烯的加工工艺,针对传统方法加工石墨烯粉末的工艺中存在的效率不高、可选择的原料类型少等堵点和痛点展开研究,搭建了一套放电闪蒸加工系统。所设计的设备可充电电压为0～400 V,用于加工的电容器电容值的可选范围为12～204m F。经过初步成本估算,闪蒸石墨烯的加工所需能量仅为9.2 k J/g,1 g石墨烯的电费成本约0.01元。提出了一种自下而上干法加工闪蒸石墨烯的思路,对炭黑粉末进行直流放电轰击,进而转化为石墨烯。探究了干法放电闪蒸加工质量的影响因素,分析了其加工机理,利用产物实现了超疏水高粘附性的性能和应用。揭示了自下而上干法加工闪蒸石墨烯的机理,电流在材料中存在经过的最优化路径,形成了涡轮石墨烯和普通石墨烯,处于高温加工区域的石墨烯层数更少,缺陷更低,存在几乎无缺陷的单片层。干法加工技术每小时可以加工出450 mg的石墨烯,相比起其他传统加工方法,达到了宏量的加工规模。由其得到的柔性涂层接触角达到了超疏水高粘附性能,接触角为150°。提出了一种自上而下湿法加工闪蒸石墨烯的思路,用于将以木质素和烟草等生物质原料转化成闪蒸石墨烯。探究了四个因素对于湿法放电闪蒸加工质量的影响分析了湿法放电闪蒸的机理。结果显示,该过程实现了阳离子的插层和均匀剥离,因此可实现少层(1层,I2D:IG=1.5＞1)和低缺陷（ID:IG=0.56＜0.6）石墨烯的制备。通过对这一问题的研究,有望把生产原料从常见的农业生物质废料领域再进行拓展,对于含碳的固体废料进行充分利用;有望把生产原料从固体废料领域再进行拓展,对于含碳的膏状废料进行充分利用;有望进一步降低块状石墨烯粉末的加工成本,加速石墨烯在各行各业的应用速度。
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