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技術(shù)進(jìn)展
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蘇州納米所開發(fā)出超薄高質(zhì)量石墨烯粉體
來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng)    更新時間：2014-07-18 09:38:23    瀏覽次數(shù)：
 
 蘇州納米所高質(zhì)量石墨烯研究成果
圖1. 蘇州納米所石墨烯技術(shù)團(tuán)隊(duì)在高質(zhì)量薄層石墨烯 （Few layer graphene）制備方面的技術(shù)積累?！?br /> 高質(zhì)量薄層石墨烯產(chǎn)品微觀形貌圖
圖2. 高質(zhì)量薄層石墨烯產(chǎn)品微觀形貌圖 （Few layer graphene 表現(xiàn)出有褶皺的薄紗狀形貌結(jié)構(gòu)，形貌和厚度與具有幾個原子層的氧化石墨烯（GO）可比，而不同于幾個納米以上厚度的石墨片層體現(xiàn)的硬片狀形貌）。
高質(zhì)量薄層石墨烯產(chǎn)品Raman譜
圖3. 高質(zhì)量薄層石墨烯產(chǎn)品Raman譜。微弱的無序峰（D峰），和原料D峰可比，制備過程沒有引入缺陷等無序結(jié)構(gòu)，反應(yīng)出石墨烯產(chǎn)品的高質(zhì)量。
高質(zhì)量薄層石墨烯粉體壓膜的高電導(dǎo)率
圖4. 高質(zhì)量薄層石墨烯粉體壓膜的高電導(dǎo)率。保留了石墨片層本征高導(dǎo)電性能。
 
       高質(zhì)量薄層石墨烯具有接近石墨烯的本征導(dǎo)電、導(dǎo)熱等優(yōu)異性能，其規(guī)?；苽湟恢笔鞘┬袠I(yè)的巨大挑戰(zhàn)。中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所石墨烯制備團(tuán)隊(duì)一直致力于開發(fā)高質(zhì)量薄層石墨烯規(guī)?；苽?/span>技術(shù)，在高質(zhì)量薄層石墨烯制備方面積累了深厚的技術(shù)，取得了高質(zhì)量石墨烯的層間催化解離制備、電化學(xué)插層解理制備、高密度三維石墨烯及層數(shù)可控石墨烯制備等技術(shù)突破 (Scientific Reports 3, 1134 (2013)；Small 10, 1421 (2014)； Scientific Reports 3, 2125 (2013)；Adv. Func. Mater. 22, 3153, (2012)；Adv. Mater. 22, 638 (2010)，如圖1所示)。目前已申請相關(guān)專利20余件，取得授權(quán)5件。
　　為推動上述技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，蘇州納米所瞄準(zhǔn)市場需求，將該技術(shù)轉(zhuǎn)移給了蘇州格瑞豐納米科技有限公司（以下簡稱“格瑞豐公司”），該公司以上述技術(shù)為基礎(chǔ)，不斷提高石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量，降低層數(shù)，優(yōu)化性能，降低成本，積極推動高質(zhì)量薄層石墨烯產(chǎn)品在導(dǎo)電、導(dǎo)熱等方面的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
　　經(jīng)過潛心技術(shù)攻關(guān)，格瑞豐公司近期正式推出典型厚度分別為1 nm和2-3 nm的高質(zhì)量薄層石墨烯（Few layer graphene）粉體產(chǎn)品。典型厚度為1 nm產(chǎn)品具有~3個原子層的超薄厚度、近乎完美的晶化質(zhì)量，產(chǎn)品純度、層厚、尺寸、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等綜合性能指標(biāo)均達(dá)到國際同期產(chǎn)品領(lǐng)先水平。目前，產(chǎn)品規(guī)模初步放大，已經(jīng)能滿足科技研發(fā)和工業(yè)應(yīng)用的需求。
　　根據(jù)厚度劃分石墨烯相關(guān)材料，單原子層為石墨烯（Graphene），雙原子層被稱為雙層石墨烯（Bilayer graphene），三原子層被稱為三層石墨烯（Trilayer graphene），大約10個原子層以下的被稱為薄層石墨烯（Few layer graphene）。其他還有厚層石墨烯（Multi-layer graphene，< 10 nm厚度）、石墨烯微片（Graphene nanoplatelets，或Graphene nanosheets，< 100 nm）。 直觀上若干原子層石墨烯表現(xiàn)為高度褶皺的薄紗狀形貌結(jié)構(gòu)，而厚的石墨烯微片通常呈現(xiàn)硬片狀形貌（圖2為格瑞豐團(tuán)隊(duì)推出的幾個原子層高質(zhì)量薄層石墨烯產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡（SEM）圖片）。更精確的典型厚度是由高分辨透射電鏡和原子力顯微鏡統(tǒng)計(jì)觀察得出。
　　傳統(tǒng)的氧化還原制備工藝，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)薄層甚至單原子層的還原氧化石墨烯（rGO），并且具有水性分散的優(yōu)勢，然而，傳統(tǒng)的氧化還原制備工藝卻無法實(shí)現(xiàn)對石墨烯本征特征的無損制備，從而最大限度保留石墨烯最理想的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能。格瑞豐公司生產(chǎn)的高質(zhì)量薄層石墨烯粉體是利用插層解理方法，不同于傳統(tǒng)的氧化工藝，其插層和解理過程不破壞石墨層原始的sp2晶體結(jié)構(gòu)，保留石墨片層優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。高質(zhì)量石墨烯Raman譜圖給出反應(yīng)無序結(jié)構(gòu)的D峰，其微弱程度與原料可相媲美（圖3）。由高質(zhì)量薄層石墨烯粉體壓制而成的薄膜，其電導(dǎo)率高達(dá)105 S/m，說明其單層的層內(nèi)電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于此，為目前國際最理想水平（圖4）。
       基于蘇州納米所技術(shù)開發(fā)的高質(zhì)量薄層石墨烯(Few-layer graphene) 粉體是該公司具有技術(shù)優(yōu)勢的產(chǎn)品。試劑級的高質(zhì)量薄層石墨烯厚度從單原子到若干原子層，產(chǎn)品典型厚度可分為~ 1 nm 和~2-3 nm, 具有完美的晶化程度，幾乎不含任何官能基團(tuán)、拓?fù)淙毕莺徒饘匐x子雜質(zhì)。其應(yīng)用將涵蓋導(dǎo)電、抗靜電、導(dǎo)熱、電熱、散熱、功能漿料、復(fù)合體系和油墨等領(lǐng)域。同時，工業(yè)級高質(zhì)量薄層石墨烯（典型厚度大約3-5 nm）粉體制備的高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱漿料產(chǎn)品可在工業(yè)界大規(guī)模應(yīng)用。
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