大国院士 - 第466章 让人惊艳的制备方式！

    石墨烯的工业化批量化生产在如今其实并不是什么难题。
    氧化石墨还原法、微机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长等方法其实都已经做到了能够实现一定程度的批量化生产。
    但这些方法制造出来的石墨烯，一方面是品质不高，另一方面则是制造出来的石墨烯受污染程度较高。
    比如氧化石墨烯还原法，制备出来的石墨烯需要经高温还原，而在这一过程中，还原不彻底会导致石墨烯和氧化石墨烯共存，也会导致石墨烯中掺杂其他的杂质。
    而如果使用真空炉进行还原，费又太高。
    这就导致了这种办法目前只能制造一些低品质的石墨烯。
    而这类型的石墨烯，基本无法用于高性能电子器件、能源存储、医学等领域，一般来说，这类掺杂了杂质和受污染的石墨烯，主要去处是建筑、吸附剂、海水淡化、复合材料等基础领域。
    但是这些领域对石墨烯的需求量其实并不大，毕竟石墨烯哪怕是品质再低，它也是石墨烯，价格也比原行业使用的技术和材料要昂贵不少。
    高品质的石墨烯，才是需求量大的领域。
    无论是电子器件、感光元件还是航空航天等领域，对于高品质的石墨烯的缺口，一直都存在。
    但是高品质的石墨烯工业化批量生产，是一个异常难以解决的领域。
    没办法，高品质的石墨烯生产过程太复杂了。
    首先制造高品质石墨烯，需要先制备高品质的单层石墨烯。
    而高品质的单层石墨烯，目前来说，几乎都受限于cvd设备的腔体尺寸，现有cvd方法并不能实现单层石墨烯的连续制备。
    虽然在这一领域，某个已经开始偷摸着向大海中排放核污水的国家展示过‘所谓’的长达100米的石墨烯，但是材料表面破洞很多，完全不堪使用。
    而且cvd石墨烯的连续制备技术以及产品良率问题，目前都还没有解决好。
    其次，高质量的石墨烯转移方法是个很难解决的问题，常用的湿法刻蚀转移，往往带来褶皱、杂质、破损等问题，难以实现大批量的转移。
    最后则是前两者的结合。
    即实现cvd石墨烯的连续化制备和转移，两者匹配对接，形成自动化的生产技术。
    在前两个困难没有解决的情况下时，高品质的石墨烯制造可以说是看不到什么出路的。
    其实如何评价一个新技术，尤其是材料科学的技术，本身就是很不容易的事情。
    它需要很多的配套条件才可以。
    事实上，很多的材料科学技术成果，需要一半的精力在后面的纯粹应用测试方面。
    而这个工作室需要大量的投入的，在没有足够的资本支持和下游应用支持，基本是没戏的。
    石墨烯虽说有下游厂商支持，但它的制造和应用是个很困难的问题。
    所以徐川才对川海材料研究所这边研究出来的批量生产高品质的石墨烯很感兴趣。
    “去我办公室说吧，这边实验要到下午三点左右才能出结果，不过相关的生产方式和步骤我昨天都粗略的整理出来了。”
    樊鹏越摘下实验手套，带着徐川来到了他的办公室。
    打开电脑，解锁，他从计算机中调出一份资料文档，点开后说道：“资料还没来得及打印出来，你先将就着用电脑看看吧。”
    徐川也没在意，接过位置坐了下来，认真的翻阅着面前的资料。
    从资料上来看，这种制备高品质石墨烯的方式，是从19年下半年的时候意外发现的那种libs电池中，回收石墨制备石墨烯的办法中拓展而来的。
    19年的时候，研究所锂硫电池实验室一名叫做‘阎流’的研究员，在进一步优化锂电池的时候，使用了水合肼、熔融盐氢氧化物、正极废弃集流体铝箔等材料作为还原剂，试图对对lifepo4正极进行改性，提高锂电池电化学性能和循环稳定性。
    但预想中的优化并没有达成，不过意外的是，在对实验失败的产品进行产测时，阎流发现了附着在负极上的一层碳薄膜。
    经过检测后，才确认这是一层较高纯度的石墨烯薄膜材料。
    这种新型的化学合成方式，其石墨负极在经过电化学循环后，经过化学氧化后得到分散均匀的氧化石墨烯。
    然后再通过氧化剂和还原剂的使用，使得氧化石墨烯还原成石墨烯。
    这种方式合成的石墨烯纯度较高，其相对而言较为纯净无污染。
    当然，它的缺点也有不少。
    比如还原氧化石墨烯会涉及到对环境不友好，且价格昂贵的氧化剂和还原剂的使用，同时由于化学反应也会破坏石墨烯薄膜材料结构的整体性。
    此外石墨烯的转移，也是极为困难的事情。
    缺点不少，但这依旧是一个极为值得探索的方向。
    这件事在当时就引起了徐川的注意，只不过那时候因为在忙碌可控核聚变工程上的事情，他没法抽出时间来深入研究，只能将这事交给川海材料研究所自己。
    一年半多的时间过去，结合研究所的计算材料模型，这种合成高纯度的石墨烯薄膜材料的方式有了大幅度的提升。
    众所周知，高品质石墨烯的合成方式难点有三个。
    从高纯度的单原子层石墨烯层连续合成，到薄膜的转移，以及连续的工业化都是极其困难的事情。
    而经过这一年半的摸索，材料实验室改进了这种新型电化学合成方式。
    首先是对原本的lifepo4电池的负极材料石墨烯进一度高纯度的优化。
    使用纯度在百分之九十九点九九九以上高纯度合成石墨来代替原本的电池负极石墨材料。
    毕竟lifepo4电池的负极虽然使用的是石墨，但为了提升电池性能，并不是高纯度的石墨，参有杂质。
    而这些杂质数量虽然不多，但同样会在合成石墨烯的过程中影响石墨烯的品质。
    当然，这并不是关键。
    这种电化学合成石墨烯的方式，关键问题在于需要进行氧化还原，以及合成的石墨烯转移上。
    后者还算好解决，无论是外界的微波转移，还是液相剥离法都可以实现，只不过效率不高，会出现残次品等问题。
    而前者，针对氧化石墨烯的还原，就一直都是工业界的难题了。
    氧化石墨烯的还原剂虽然有多种选择，从肼和肼衍生物、到硼氢化钠等金属氢化物、强酸、强碱、醇类、酚类、维生素c、还原性(葡萄、壳聚等)等都能做。
    但无论是哪一种，都有着各自的缺点。
    比如使用一些酸还石墨烯会导致单层石墨烯结构因受到π-π相互作用而团聚、堆积，导致比表面积缩小，电阻增大，性能大幅降低等问题。
    从而限制了其应用前景。
    亦或者使用肼或者肼衍生物进行还原，得到的石墨烯虽然尽解决了产物的团聚现象，但是也使得经还原得到的石墨烯中引入了c-n键，造成了污染。
    而且使用的水合肼的毒性很大，并不适合使用在大规模生产，工业，以及在生物医药当中。
    所以徐川对于川海材料研究所到底是怎么解决这个问题的很是好奇。
    顺着文档资料，徐川继续往下看去。
    在氧化石墨烯的还原法总结中，他看到了川海材料研究所还原氧化石墨烯的方式。
    “.采用不同的薄膜组装方法将氧化石墨烯修饰于特定的电极基底上，得到经氧化石墨烯修饰后的电极，随后以此修饰电极作为经典三电极电解体系的工作电极在特定电解质溶液中进行电解反应，从而实氧化石墨烯薄膜的还原。”
    “电化学还原法？”
    看到这种方式，徐川愣了一下。
    他原本以为实验室这边是找到了一种新型的还原剂，却没想到他们直接脱离了还原剂的限制，使用了另类的电化学方式。
    【等将氧化石墨烯在去离子水中超声1h，然后将其修饰在导电玻璃基底上，通过扩展循环伏安法(cv，-1.0～1.0 v，相对于可逆氢电极)在0.1 mol/l的na2so4溶液中与hg/hg2so4和pt电极作为参考电极和对比电极的标准三电极电池中发生电化学反应以还原氧化石墨烯。】
    【通过x射线光电子能谱(xps)测试-0.75 v时的还原峰和比电容的值来实现检测和控制氧化石墨烯的还原度。】
    【进一步配合电化学沉积的方法将氧化石墨烯修饰在导电的玻璃基底上，随后与玻碳电极一起配对在0.1 mol/l的溶液中，进行0～-0.1 v强度的扫描，可以得到位于基底上的薄膜。】
    【.】
    资料算不上很详细，甚至就连那些电镜结构图什么都没有，但足够徐川了解清楚他们到底是怎么做到的了。
    不得不说，这是一种另辟蹊径异常巧妙的方式。
    如今材料界对于氧化石墨烯的还原与石墨烯的制备，一直都在考虑如果通过还原剂或者催化剂来搭乘。
    尽管已经在研究微波还原、水热还原法、催化还原等方式、但这些实际上并没有脱离还原剂与催化剂的限制。
    而这种通过电化学还原的方式，直接绕开了还原剂与催化剂影响。
    且不提它的效率如何，但是没有了还原剂和催化剂这些添加剂，还原后的石墨烯纯度无疑是相当高的。
    毕竟在还原的过程中，他已经没有了其他外来添加剂的影响。
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