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2.3 小结

氧化还原法是发展较快的石墨烯量产方法之一,工艺比较稳定,易于控制;可以得到重要的中间产物——氧化石墨烯,氧化石墨烯含有丰富的羟基、羧基、环氧基等含氧官能团,易于功能化,是很多石墨烯复合材料的首选前驱体,且具有较好的成膜性;经过化学还原或热还原后可得到单层或少层石墨烯粉体。但是由于强氧化剂的使用,生产的石墨烯均存在一定结构缺陷,纯化工艺和环境污染问题仍然是其需要优化和改进的主要方向。

机械剥离法是石墨烯工业化生产的主要方法之一,对设备有一定要求,不使用强氧化剂,因此对石墨烯结构破坏较小。生产的石墨烯具有良好的导热、导电和力学性能,品质较高。剥离介质含有一定的有机溶剂,易产生有机废物,因此工艺有待进一步提升。

液相剥离法工艺简单,生产的石墨烯缺陷少、片层结构完整、导电和导热性能好,但是产率低,产生的有机废物对环境有一定影响,因此宏量制备发展较慢。

电化学法对设备要求不高,工艺简单,制备周期短,产率高,主要生产少层石墨烯,其具有一定含氧量(一般小于20%),结构存在少量缺陷,主要产生高盐类废水,因此在未来石墨烯工业化生产中具有一定的竞争力。

气相等离子法对设备有一定要求,工艺简单,制备周期短,生产的石墨烯纯度较高,但是尺寸较小,一般小于1μm,目前还不能生产大尺寸(如几十微米)的石墨烯,对环境比较友好,主要产生少量CO 2 等废气,因此在未来石墨烯工业化生产中具有很大的潜力。

对于宏量制备石墨烯粉体材料,持续的技术发展和工艺提高将不断提升石墨烯粉体材料的质量,降低其价格,丰富其种类,可以根据具体的应用场景选择合适的生产工艺。目前,石墨烯粉体材料工业化量产技术的发展大大推动了石墨烯粉体材料在复合材料、储能、催化、水处理、高分子、涂料、墨水、防腐等领域的应用。

2010年,石墨烯粉体材料的宏量制备技术有了很大的突破和进展。随着产业需求的不断增加、应用领域的不断拓展,石墨烯粉体产业迎来了较大的发展机遇。目前,石墨烯粉体产业发展存在的主要问题是缺乏统一的石墨烯产品标准。由于石墨烯产品标准制定尚在酝酿中,可以产业化的石墨烯产品大多以企业标准为依据,各企业的石墨烯产品存在指标、性能与划分不一致的问题,影响了石墨烯粉体材料的推广应用。其次,石墨烯产品较为单一,目前最常用的产业化制备方法是氧化还原法和石墨插层法,制备方法的单一导致目前市售石墨烯产品性能的单一,不能满足不同行业的需求。石墨烯生产厂家没有注意到石墨烯产品在尺寸和层数上的变化对其性能的影响,不能够提供有效的技术服务,这使得客户在选购石墨烯产品时比较迷茫,选不到合适的产品,最终导致客户对石墨烯产品的信任度降低。这些都会影响石墨烯产业的发展。

另外,石墨烯成本高于期望值,这主要是由于石墨烯宏量生产线的设计还存在很多不足导致的。目前的一些石墨烯的宏量生产线只是保证能得到产品,对于其环保、能耗、时间周期等方面都没有进行很好的设计,造成了石墨烯成本较高。同时,石墨烯宏量生产线自动化程度不高,人工操作的误差会影响石墨烯产品的质量。这些都需要进行更进一步的优化提升。

石墨烯宏量制备过程中存在的这些问题影响了石墨烯产业的发展,这需要在接下来的石墨烯宏量制备过程中进一步解决。

针对目前石墨烯宏量制备行业领域存在的问题,石墨烯宏量制备的发展有以下几个方向。

(1)石墨烯产品的质量提高及石墨烯材料的多元化发展

加强对石墨烯产品的质量监控,提高石墨烯产品的质量。同时,开发一系列石墨烯材料(如控制石墨烯的尺寸、厚度、改性程度)以满足广大客户的需求,开发石墨烯衍生材料(如石墨烯量子点、三维石墨烯、石墨烯卷等)来扩展石墨烯的应用领域。

(2)发展新型绿色石墨烯宏量制备方法

改善目前石墨烯生产过程中产生的污水等问题。石墨烯宏量制备方法的多元化发展能够满足石墨烯在不同领域的应用要求,会对探索石墨烯的应用领域起到很好的推动作用。

(3)对石墨烯宏量生产线进行改进

完善目前的石墨烯宏量生产线,例如:提升生产线的多功能性;提高生产线的自动化程度,减少人工操作;改造优化生产设备,降低石墨烯生产过程中的能耗及缩短生产周期,进一步降低石墨烯的生产成本,提高石墨烯应用的市场接受度。

石墨烯产业化应用前景诱人,但有些宣传却过于乐观,给人们造成了石墨烯产业化应用的万亿元市场很快就要到来的错觉。石墨烯质量的提高与保障、成本的降低、产业化的数据库建设、质量评价方法和相应标准的制定虽已有所突破,但有些仍处在扩大试验阶段,需要改进与完善,因此还需要大量的时间和资本投入。 VKNosRlqU/ak1cVtjLCTlg/HYjBC3qnVgPYM5P8knKTLxjsif7t8TM0QceaZ8QwA

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