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生物基石墨烯仍需市場檢驗

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2020-01-13瀏覽次數:1590

據報道,“十三五”石墨烯納入計劃已基本解決,預計今年將成為中國石墨烯行業的第一年。然而,在石墨烯進入工業化的關鍵階段,它面臨著諸如高成本和難以工業化等多重挑戰。生物基石墨烯為石墨烯原料的大規模生產開辟了一條新的道路。

“幻想材料”石墨烯具有強度高,韌性好,重量輕,導電性強等優點,給人無限的想象力:超薄飛機,超薄可折疊手機,太空電梯.有消息稱石墨烯“十三五”新材料計劃的選擇已基本解決,預計今年將成為中國石墨烯產業的第一年。然而,在石墨烯進入工業化的關鍵階段,它面臨著諸如高成本和難以工業化等多重挑戰。

最近,由中國科學院材料技術與工程研究所研究員朱進領導的團隊成功生產出高純度,高品質的生物基石墨烯,其成本明顯低于傳統石墨。剝離方法,是石墨烯的大規模生產。原料來源開辟了一條新路。

石墨烯的“雙面”

石墨烯就像一把雙刃劍。它非常“美麗”和“邪惡”。 “美”是因為它是世界上最薄,最硬,阻力最小的納米材料。它廣泛應用于熱,電,光傳輸,氣體阻隔等領域。廣泛應用于電子,航空航天,軍事,生物,新能源,半導體等眾多領域。 “邪惡”是因為傳統的石墨烯必須使用石墨或石化資源作為碳源。原料有限,環境不友好。同時,它面臨著諸如高成本和難以規模的工業化等多重挑戰。

目前,石墨烯的制備主要采用化學氧化還原,微機械或溶劑剝離,化學氣相沉積等。朱進告訴《中國科學報》,通過氧化還原法生產石墨烯的主要原料及工藝和周期沒有取得突破,因此每個廠家的成本基本上都在100萬元/噸以上,價格高是嚴重受限。石墨烯的應用。此外,通過氧化還原法大規模穩定地生產石墨烯在生產過程和途徑中存在問題。朱進說:“石墨烯在工業化放大技術中,雖然有些廠家總是使用相同的原料和工藝參數,但批次之間的質量差異非常大。”

他還表示,石墨烯在復合材料,能源材料,電子和傳感器材料的實驗室研究方面取得了許多驚人的成果,但對工業應用的使用仍有很多限制,例如容易發生。團聚等問題。天津大學材料科學與工程學院教授馮偉也表示,目前很難以每天的噸數生產石墨烯,這不能滿足市場對石墨烯的需求。如今,許多公司希望使用石墨烯的“工業MSG”來提高產品的附加值和競爭力。業內人士預計,今年石墨烯有望帶動傳統產業升級50億至100億元。在這個行業的上升勢頭,低成本,高質量石墨烯的發展已成為當前研究的焦點。

瞄準生物量

石墨烯的主要原料是碳。為了打破石化資源的局限,有必要對原材料采取不同的方法。為此,朱金團隊利用木質素和纖維素等低成本生物質碳源成功制備出高純度,高品質的生物基石墨烯,成本明顯低于傳統的石墨剝離方法。數千美元跌破幾百美元。

朱進團隊制備的生物基石墨烯是一種蓬松的黑色粉末,比表面積為400-1000 m 2/g,產品石墨化程度高,缺陷少,平均層少。朱進告訴記者,生物基石墨烯有很多優點。首先,原材料價格低廉,容易獲得,不受地理限制。其次,整個生產過程更加簡化和壓縮,對生產設備的要求更低,生產周期和能耗也大大降低。“由于原材料和工藝的簡化,整個生產過程的可控性更好,批次之間的差異非常小,因此氧化還原法在工業放大過程中無法匹配具有穩定性和可靠性。“說吧。

馮偉認為,生物基石墨烯也是一種相對綠色的方法,它不僅避免了使用對環境不利的還原劑,而且避免了溶劑分子的分解和有害氣體的釋放。同時,生物基石墨烯在收率方面也具有微機械汽提法和傳統化學氣相沉積法無可比擬的優勢,純度較高。然而,由于生產方法和方法的不同,目前不可能用生物基材料制備大面積單層石墨烯,即使可以制備,也會造成成本的大幅增加。朱進對記者表示,他們仍將重點放在生物基石墨烯粉末領域,擴大復合材料、能源材料和生物傳感器領域。”目前,該材料已初步在耐腐蝕復合材料和電池能源材料領域進行了測試,并取得了良好的效果。“朱進說,”生物基石墨烯在電池電極材料領域的對比實驗。”性能的差異傳統石墨烯中的E并不重要。甚至可以說,生物基石墨烯也顯示出某些優勢。

等待市場檢查

然而,與傳統石墨烯一樣,生物基石墨烯也存在工業應用技術挑戰。馮偉認為,如何準確控制生物基石墨烯的層數和尺寸,以獲得固定數量的層甚至單層的高質量石墨烯是一個亟待解決的技術問題。同時,如何避免不同生物碳源的結構和過程與石墨烯的生長之間的差異也將是工業化過程中不可避免的問題。

賽迪顧問原料工業研究中心分析師張晶晶告訴《中國科學報》記者,纖維素作為碳源等有機物質來源不穩定,難以大規模獲取,廢氣和其他污染物在生產過程中生成。它還產生了生物基石墨烯的工業應用的挑戰。 “如果能夠克服這些障礙,生物基石墨烯可以作為一種合理的方式形成巨大的市場需求。”張晶晶說。

朱瑾也知道,從應用技術到工業規模生產的道路充滿了荊棘。因此,他的團隊已準備好開始在能源和防腐領域進行應用測試,并根據這些測試結果和反饋調整生物基。石墨烯產品的特性使得生產和應用的良性循環能夠為石墨烯工業創造健康的生態系統。但是,中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李一春認為,石墨烯產業發展迅速。同時,上游和輕微下游,重科研和輕型應用,重型和輕型干燥現象也在不斷涌現。生物基石墨無論烯烴是否也會出現“起泡”,都需要進行市場測試。

最近的一則新聞引起了廣泛的關注。新三板上市公司圣泉集團昨天召開新聞發布會,宣布新型生物質石墨烯技術取得成功。 150噸生物質石墨烯的試生產線預計將在10月份進行。試生產。

盛泉集團()宣布,由圣泉集團與黑龍江大學長江學者共同開發的“協調裝配法”成功制備了生物質石墨烯技術。在此基礎上,圣泉集團規劃設計了年產2000噸的工業化項目,以生物質為原料生產石墨烯。該項目以植物秸稈為原料,大大降低了石墨烯的生產成本。盛泉集團董事長唐一林在推出新型生物質石墨烯技術時表示,這種方法可以將石墨烯的成本降低到100,000 /噸,遠遠低于其他目前的生產成本。

這聽起來像是一個非常好的故事。它不僅可以將廢物變成寶藏,還可以解決長期受苦的秸稈處理問題。它還可以以相對較低的成本生產石墨烯材料,一石二鳥。但是真的有這么好的東西嗎?通常,石墨烯的制備方法可以主要分為兩種類型,一種是使用石墨作為原料,并且通過氧化還原或離子嵌入的方法在液相中進行剝離以獲得少于10層的石墨烯。石墨烯。另一種類型是通過化學氣相沉積(CVD)在襯底上生長大面積單層石墨烯。國內領先的石墨烯生產企業,如國外Vorbeck,XG,中國寧波磨溪,常州第六元素,山西碳素技術,濟寧力特納米,上海新馳等都在以前使用過,方法簡單。過程相對成熟,可以批量生產。目前,石墨烯的合理價格為6-7元/克。難怪盛泉集團認為其1元/克石墨烯具有相當的競爭力。

由于這種方法,有必要對它進行研究。圣泉集團與黑龍江大學副校長,長江學者何洪剛教授合作。通過“協調組裝方法”過程,石墨烯等關鍵詞,在傅洪剛教授發表的論文中,一篇這樣的論文進入了我們的視線。

本文發表于2013年4月18日,來文作者傅洪剛教授本人。令人驚訝的是,本文研究了使用玉米芯制備的多孔石墨狀碳納米片,其與石墨烯幾乎沒有關系。我們試圖在沒有任何發現的情況下在文章中搜索英文單詞graphene。為了安全起見,我們還查看了15篇引用修訂論文的學術論文,其中只有一篇與石墨烯有關。

看看文章中的圖片。下圖是整個制備過程的示意圖。首先將玉米芯中的纖維素等與Fe(CN)64-配位以獲得復合物。復合物在高溫下進行石墨化反應,得到Fe3C材料,除去夾在碳層之間的Fe原子,得到產物。 XRD和拉曼光譜都表明該材料具有石墨的特性。請注意,它是石墨,沒有提到石墨烯。重要的是要知道石墨烯的一個重要指標是碳原子數小于10層。石墨烯的許多優異性質也與層數具有直接的因果關系。如果層數不符合標準,則該材料不能稱為石墨烯。

我們來看看本文中的電子顯微鏡照片。可以看到一點材料知識,這種碳納米片的厚度遠遠超過10層碳原子,并且邊緣極不均勻。如果這種材料也可以被認為是石墨烯,那么它只能是嘿嘿。

一萬步,即使這種材料是石墨烯,它的成本真的可以降到每克一元嗎?讓我們弄明白。除去雜質之前該材料的組成是Fe3C。這樣,每噸石墨烯需要105噸黃色血鹽。黃血鹽的單價約為20,000,因此就單獨的黃血鹽成本而言,生物質石墨烯的成本高達200萬/噸。即使鹽酸和玉米芯是免費的,它們也使用可加熱到1100度的高溫爐,每小時消耗14度并且充電非常高。除了復雜的制備方法(參見盛泉專利>1),原料成本和能耗遠遠高于每克1元的廣告價格。

經過這樣的調查,整件事情變得清晰起來。來回生產,盛泉集團生產的碳材料與石墨烯無關。它至多具有一些石墨特性。然而,他們故意或無意地混淆了石墨烯材料的概念,并將其稱為生物質石墨烯。在新的第三板上市當天,圣泉集團宣稱已經掌握了降低石墨烯生產成本的技術,從而刺激了股價上漲。我們應該知道石墨的市場價格現在約為5000噸。如果有人以1元/克(相當于10萬/噸)的價格從圣泉集團購買這種石墨碳材料,那將是一大損失。此外,盛泉集團于2014年7月申請中國專利,由傅洪剛教授于2013年發表的論文(多孔石墨烯的制備方法,1)發表。根據理論,這違反了專利的新穎性原則。從理論上講,它可以提出無效請求。咳嗽,知道太多。

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