有業(yè)內(nèi)人士認為，在國內(nèi)，石墨烯是傳奇還是傳說。當今市場上石墨烯的概念被炒的沸沸揚揚，關于高品質(zhì)石墨烯的相關制備的關注度卻在降溫，對石墨烯的下游應用，也只是熱衷于概念的炒作，拿出幾款實驗室初級樣品來沖擊大眾的視覺，卻又無法真正實現(xiàn)后期的規(guī)模化應用，造成外界普遍認為現(xiàn)在的石墨烯只是個概念和傳說，做石墨烯的大都是在炒概念。
那么，真正屬于二維材料，結構“零缺陷”的高品質(zhì)石墨烯是如何來制備的，下游應用目前又有了哪些突破，其中又存在著哪些問題呢。為此，科技日報記者獨家采訪了中國碳谷科技集團首席專家戴加龍，讓我們一起來聽聽什么是真實的石墨烯。
記者：現(xiàn)在石墨烯的理論概念大家都已知道，但實際操作中對石墨烯又是如何來深度理解的？
戴加龍：現(xiàn)在業(yè)界對石墨烯的概念大多停留在理論上，實際上在真實應用中石墨烯應該理解為：納米+二維材料+石墨自身的性能。
記者：現(xiàn)在我們明確了石墨烯在實際操作中的概念，那么對于高品質(zhì)石墨烯的制備您認為應該注意哪些問題？
戴加龍：石墨烯很多企業(yè)都說能做，但屬于二維材料，結構“零缺陷”的高品質(zhì)石墨烯,能做的卻是少之又少，我認為實際操作中高品質(zhì)石墨烯的制備應該包括前處理、中制備、后整理等3個階段。
前處理：石墨是碳元素的一種同素異形體，石墨具有鱗片狀的層狀礦物質(zhì)結構，其地質(zhì)成礦結構有硫化礦、氧化礦、無煙煤經(jīng)過熱變質(zhì)轉(zhuǎn)化等多種，石墨就是這些礦物質(zhì)在地層的高溫高壓下，經(jīng)過中、深程度的區(qū)域變質(zhì)作用，碳質(zhì)氣化，結晶而形成的，因此他們各有千秋，性能各不相同，所以在石墨烯的選材上要根據(jù)其不同的性能和要求進行對號入座。
中制備：層狀礦物質(zhì)結構的石墨在結晶過程中的堆積是A、B、C結合，它的層間作用力是范德華力，表面結構非常完整，第四系引入的缺陷較多，對層間滑動分離造成很大的影響。因此在制備過程中要特別重視二維材料結構的完整性，并確保其徑厚比不小于1500，徑厚比是目前層狀礦物質(zhì)結構中二維材料最重要的衡量指標之一，具有較大的二維平面，所以首要考量的是徑厚比的大小，其次再考量二維材料層間的厚度。其實，最重要的一點目前我們所需要的是石墨烯原生態(tài)的二維效果，這也是其他石墨烯難以進入下游最佳應用的原因之一。
后整理：制備出來的石墨烯初級產(chǎn)品離最終石墨烯成品還有相當?shù)木嚯x，因為在制備過程中層狀結構在外力的作用下所形成的有一部分是三維材料、大部分是二維材料以及部分零維材料，還有伴生的其他物質(zhì)以及外部引入的雜質(zhì)，從而需要進行重新結構排列篩選和分級。通過篩選分出相應的粒徑分布，從D5到D97的結構排列，才能符合下游應用所需的要求，從而充分發(fā)揮出石墨烯的真正性能。
記者：其實，下游應用才是石墨烯作為新材料被外界關注的重點，目前有眾多企業(yè)在生產(chǎn)石墨烯樣品，也將他們的樣品給下游應用單位使用，以期獲得突破，而實際效果卻差強人意。你們公司與國家納米科學中心成立了國家級石墨烯應用研發(fā)中心，并且做出了最好的石墨烯，那么你們在下游應用中有哪些突破，何時能實現(xiàn)真正的應用？
戴加龍：缺乏高品質(zhì)石墨烯是制約石墨烯下游應用拓展的一個瓶頸，2015年12月我們公司與國家納米科學中心聯(lián)合成立了國家級“納米技術應用實驗室”，并成立石墨烯應用研發(fā)中心，在石墨烯的制備和下游應用研發(fā)方面取得了突破性的進展。
海洋化工研究院作為海洋涂料國家重點實驗室，為了研制性能達到國際標準的富鋅底漆要求的石墨烯鋅粉底漆，采用了業(yè)界多家企業(yè)生產(chǎn)的石墨烯樣品進行實驗，都未能如愿，采用我們公司在江陰基地生產(chǎn)的高品質(zhì)石墨烯后，實驗獲得了極大成功，在按照國家標準進行的鹽霧實驗中實驗時間已超過了2000小時，涂料性能仍然表現(xiàn)優(yōu)異，不久在高端產(chǎn)品上就會有比現(xiàn)在耐用數(shù)倍以上的防腐涂料面市。
環(huán)境治理目前已經(jīng)上升到國家高度，未來10年我國將進行大規(guī)模的環(huán)境治理，但是一直缺乏有效的治理利器，我們公司與中國科技開發(fā)院江蘇分院等單位合作研發(fā)的用于大氣、水域環(huán)境治理的層狀結構可見光催化產(chǎn)品已經(jīng)問世。這是目前國際上唯一可用于大規(guī)模水質(zhì)處理的光催化技術及產(chǎn)品，其核心“可見光響應的異質(zhì)間高效量子轉(zhuǎn)移技術”今年5月已經(jīng)通過江蘇省新技術鑒定。
記者：根據(jù)您的經(jīng)驗，石墨烯在下游應用尤其是復合材料的應用中目前還存在哪些問題，如何去解決。
戴加龍：石墨烯的微觀性能如何以宏觀的形式體現(xiàn)出來，目前至少存在兩個重要的問題：如何將制備出的石墨烯均勻的加入到基體材料中？怎樣保證石墨烯與該材料存在一定強度的界面結合力？
第一個問題在于石墨烯應用過程的分散，制備出的石墨烯普遍厚度為幾個納米左右，且極易團聚，按照傳統(tǒng)的機械分散方式很難保證其能單片成立。分散狀態(tài)很差可能造成局域濃度較高，石墨化嚴重從而影響其性能的發(fā)揮。在一段較長的工藝中，需要判別在哪一階段中加入較好，以高分子復合材料為例，原位聚合的方法更適合石墨烯的分散，石墨烯粉體與塑料粒子的共混方式則不利于石墨烯的分散。
第二，石墨烯與其他材料僅存在微弱的范德華力，這種惰性的表面可能需要一定改性才可能在復合材料中有更好的相容性。不同的材料需要的改性劑往往也有區(qū)別，這需要做大量的實驗。然而，有時在一些包覆的工藝中，加入改性劑反而影響了活性物質(zhì)與石墨烯之間的直接相互作用。
戴加龍認為，總之，石墨烯的成功應用需要創(chuàng)新性的工藝和各個行業(yè)的密切合作才有可能得到真正實現(xiàn)。
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