石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)致使其具有許多優(yōu)異特性，在電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、傳感器、儲(chǔ)能等方面有廣泛的應(yīng)用前景。然而石墨烯的制備只停留在實(shí)驗(yàn)室階段，開發(fā)一種大規(guī)模、高質(zhì)量、低成本制備石墨烯的方法是實(shí)現(xiàn)石墨烯的工業(yè)化應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。

目前制備石墨烯的方法包括：機(jī)械剝離法、SiC外延生長(zhǎng)法、氧化還原石墨法、化學(xué)氣相沉積法（CVD）、超臨界流體剝離等。據(jù)悉，這些制備方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)：

例如機(jī)械剝離法能得到晶體結(jié)構(gòu)完整的少數(shù)層或多層石墨烯，但其生產(chǎn)效率不高，不能大規(guī)模的應(yīng)用。

(資料圖片)

氧化還原法是先將石墨氧化成氧化石墨分散在水性介質(zhì)中，然后再還原得到石墨烯；該法可用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯，但會(huì)破壞石墨烯結(jié)構(gòu)，制備出的石墨烯缺陷較多。

SiC外延生長(zhǎng)法可得到尺寸較大的單層或多層石墨烯，但石墨烯片卻很難轉(zhuǎn)印到其他基板上，只能使用昂貴的SiC基板；其工藝條件苛刻，必須在高溫和超高真空條件下，且生產(chǎn)成本高，制備出的石墨烯品質(zhì)不可控、厚度不均勻。

化學(xué)氣相沉積法（CVD）可實(shí)現(xiàn)大面積制備石墨烯，但在反復(fù)轉(zhuǎn)印過程中容易混入雜質(zhì)，工藝復(fù)雜；同時(shí)，所用的基片材料單晶Ni的價(jià)格昂貴，使得綜合制造成本偏高。

相比之下，基于超臨界流體剝離制備石墨烯的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯層數(shù)的可控制備，具有操作過程簡(jiǎn)單、制備工藝環(huán)保、能耗小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，備受關(guān)注。

超臨界流體剝離法

超臨界流體(supercritical fluids，SCF)具有類似氣體的擴(kuò)散性質(zhì)，其界面張力為零,容易實(shí)現(xiàn)石墨插層；具有類似液體的溶解能力。將高溫高壓下的超臨界流體插層到天然的鱗片狀石墨中，使石墨膨脹突破石墨層間的范德華力進(jìn)而對(duì)石墨烯進(jìn)行剝離、分散。超臨界流體剝離制備石墨烯法實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯層數(shù)的可控制備，且工藝簡(jiǎn)單、成本低、設(shè)備要求不高，在大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯具有極好的潛力。

常用的超臨界二氧化碳(scCO2)的臨界條件溫和(臨界溫度31.1℃，臨界壓力7.38MPa)，且CO2具有無毒、惰性、價(jià)廉以及與產(chǎn)物易于分離等優(yōu)點(diǎn)，在納米復(fù)合材料制備方面的應(yīng)用非常廣泛，將其應(yīng)用于直接剝離法制備石墨烯，避免了使用大量有機(jī)溶劑，且經(jīng)過簡(jiǎn)單的泄壓操作即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物分離。

綜上所述，基于超臨界流體技術(shù)制備石墨烯，具有價(jià)廉、綠色、穩(wěn)定、易分離且可重復(fù)利用等優(yōu)勢(shì)。因此，現(xiàn)階段亟需開發(fā)一種可規(guī)模化的超臨界流體技術(shù)制備石墨烯的方法，建設(shè)實(shí)驗(yàn)室和規(guī)?；a(chǎn)線，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)石墨烯粉體的目標(biāo)，為工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯提供一條新路徑。

世名致力于差異化功能性納米材料基礎(chǔ)研究，并在此基礎(chǔ)上與上海交通大學(xué)建立產(chǎn)學(xué)研合作，共同尋求高性能石墨烯的低成本宏量制備技術(shù)。在雙方的緊密合作下，該超臨界流體石墨烯制備實(shí)驗(yàn)線安裝及調(diào)試工作已基本完成，相關(guān)設(shè)備也通過了運(yùn)行狀態(tài)測(cè)試。目前，中試設(shè)備已經(jīng)可實(shí)現(xiàn)公斤級(jí)產(chǎn)能，所獲得產(chǎn)品具有良好的導(dǎo)電性能。

在未來，世名將與上海交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開展合作并持續(xù)推進(jìn)放大實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，探索石墨烯材料在鋰電、紡織纖維、涂料、導(dǎo)電油墨與薄膜等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：