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生物基石墨烯仍需市场检验

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-01-13浏览次数:1590

据报道,“十三五”石墨烯纳入计划已基本解决,预计今年将成为中国石墨烯行业的第一年。然而,在石墨烯进入工业化的关键阶段,它面临着诸如高成本和难以工业化等多重挑战。生物基石墨烯为石墨烯原料的大规模生产开辟了一条新的道路。

“幻想材料”石墨烯具有强度高,韧性好,重量轻,导电性强等优点,给人无限的想象力:超薄飞机,超薄可折叠手机,太空电梯.有消息称石墨烯“十三五”新材料计划的选择已基本解决,预计今年将成为中国石墨烯产业的第一年。然而,在石墨烯进入工业化的关键阶段,它面临着诸如高成本和难以工业化等多重挑战。

最近,由中国科学院材料技术与工程研究所研究员朱进领导的团队成功生产出高纯度,高品质的生物基石墨烯,其成本明显低于传统石墨。剥离方法,是石墨烯的大规模生产。原料来源开辟了一条新路。

石墨烯的“双面”

石墨烯就像一把双刃剑。它非常“美丽”和“邪恶”。 “美”是因为它是世界上最薄,最硬,阻力最小的纳米材料。它广泛应用于热,电,光传输,气体阻隔等领域。广泛应用于电子,航空航天,军事,生物,新能源,半导体等众多领域。 “邪恶”是因为传统的石墨烯必须使用石墨或石化资源作为碳源。原料有限,环境不友好。同时,它面临着诸如高成本和难以规模的工业化等多重挑战。

目前,石墨烯的制备主要采用化学氧化还原,微机械或溶剂剥离,化学气相沉积等。朱进告诉《中国科学报》,通过氧化还原法生产石墨烯的主要原料及工艺和周期没有取得突破,因此每个厂家的成本基本上都在100万元/吨以上,价格高是严重受限。石墨烯的应用。此外,通过氧化还原法大规模稳定地生产石墨烯在生产过程和途径中存在问题。朱进说:“石墨烯在工业化放大技术中,虽然有些厂家总是使用相同的原料和工艺参数,但批次之间的质量差异非常大。”

他还表示,石墨烯在复合材料,能源材料,电子和传感器材料的实验室研究方面取得了许多惊人的成果,但对工业应用的使用仍有很多限制,例如容易发生。团聚等问题。天津大学材料科学与工程学院教授冯伟也表示,目前很难以每天的吨数生产石墨烯,这不能满足市场对石墨烯的需求。如今,许多公司希望使用石墨烯的“工业MSG”来提高产品的附加值和竞争力。业内人士预计,今年石墨烯有望带动传统产业升级50亿至100亿元。在这个行业的上升势头,低成本,高质量石墨烯的发展已成为当前研究的焦点。

瞄准生物量

石墨烯的主要原料是碳。为了打破石化资源的局限,有必要对原材料采取不同的方法。为此,朱金团队利用木质素和纤维素等低成本生物质碳源成功制备出高纯度,高品质的生物基石墨烯,成本明显低于传统的石墨剥离方法。数千美元跌破几百美元。

朱进团队制备的生物基石墨烯是一种蓬松的黑色粉末,比表面积为400-1000 m 2/g,产品石墨化程度高,缺陷少,平均层少。朱进告诉记者,生物基石墨烯有很多优点。首先,原材料价格低廉,容易获得,不受地理限制。其次,整个生产过程更加简化和压缩,对生产设备的要求更低,生产周期和能耗也大大降低。“由于原材料和工艺的简化,整个生产过程的可控性更好,批次之间的差异非常小,因此氧化还原法在工业放大过程中无法匹配具有稳定性和可靠性。“说吧。

冯伟认为,生物基石墨烯也是一种相对绿色的方法,它不仅避免了使用对环境不利的还原剂,而且避免了溶剂分子的分解和有害气体的释放。同时,生物基石墨烯在收率方面也具有微机械汽提法和传统化学气相沉积法无可比拟的优势,纯度较高。然而,由于生产方法和方法的不同,目前不可能用生物基材料制备大面积单层石墨烯,即使可以制备,也会造成成本的大幅增加。朱进对记者表示,他们仍将重点放在生物基石墨烯粉末领域,扩大复合材料、能源材料和生物传感器领域。”目前,该材料已初步在耐腐蚀复合材料和电池能源材料领域进行了测试,并取得了良好的效果。“朱进说,”生物基石墨烯在电池电极材料领域的对比实验。”性能的差异传统石墨烯中的E并不重要。甚至可以说,生物基石墨烯也显示出某些优势。

等待市场检查

然而,与传统石墨烯一样,生物基石墨烯也存在工业应用技术挑战。冯伟认为,如何准确控制生物基石墨烯的层数和尺寸,以获得固定数量的层甚至单层的高质量石墨烯是一个亟待解决的技术问题。同时,如何避免不同生物碳源的结构和过程与石墨烯的生长之间的差异也将是工业化过程中不可避免的问题。

赛迪顾问原料工业研究中心分析师张晶晶告诉《中国科学报》记者,纤维素作为碳源等有机物质来源不稳定,难以大规模获取,废气和其他污染物在生产过程中生成。它还产生了生物基石墨烯的工业应用的挑战。 “如果能够克服这些障碍,生物基石墨烯可以作为一种合理的方式形成巨大的市场需求。”张晶晶说。

朱瑾也知道,从应用技术到工业规模生产的道路充满了荆棘。因此,他的团队已准备好开始在能源和防腐领域进行应用测试,并根据这些测试结果和反馈调整生物基。石墨烯产品的特性使得生产和应用的良性循环能够为石墨烯工业创造健康的生态系统。但是,中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李一春认为,石墨烯产业发展迅速。同时,上游和轻微下游,重科研和轻型应用,重型和轻型干燥现象也在不断涌现。生物基石墨无论烯烃是否也会出现“起泡”,都需要进行市场测试。

最近的一则新闻引起了广泛的关注。新三板上市公司圣泉集团昨天召开新闻发布会,宣布新型生物质石墨烯技术取得成功。 150吨生物质石墨烯的试生产线预计将在10月份进行。试生产。

盛泉集团()宣布,由圣泉集团与黑龙江大学长江学者共同开发的“协调装配法”成功制备了生物质石墨烯技术。在此基础上,圣泉集团规划设计了年产2000吨的工业化项目,以生物质为原料生产石墨烯。该项目以植物秸秆为原料,大大降低了石墨烯的生产成本。盛泉集团董事长唐一林在推出新型生物质石墨烯技术时表示,这种方法可以将石墨烯的成本降低到100,000 /吨,远远低于其他目前的生产成本。

这听起来像是一个非常好的故事。它不仅可以将废物变成宝藏,还可以解决长期受苦的秸秆处理问题。它还可以以相对较低的成本生产石墨烯材料,一石二鸟。但是真的有这么好的东西吗?通常,石墨烯的制备方法可以主要分为两种类型,一种是使用石墨作为原料,并且通过氧化还原或离子嵌入的方法在液相中进行剥离以获得少于10层的石墨烯。石墨烯。另一种类型是通过化学气相沉积(CVD)在衬底上生长大面积单层石墨烯。国内领先的石墨烯生产企业,如国外Vorbeck,XG,中国宁波磨溪,常州第六元素,山西碳素技术,济宁力特纳米,上海新驰等都在以前使用过,方法简单。过程相对成熟,可以批量生产。目前,石墨烯的合理价格为6-7元/克。难怪盛泉集团认为其1元/克石墨烯具有相当的竞争力。

由于这种方法,有必要对它进行研究。圣泉集团与黑龙江大学副校长,长江学者何洪刚教授合作。通过“协调组装方法”过程,石墨烯等关键词,在傅洪刚教授发表的论文中,一篇这样的论文进入了我们的视线。

本文发表于2013年4月18日,来文作者傅洪刚教授本人。令人惊讶的是,本文研究了使用玉米芯制备的多孔石墨状碳纳米片,其与石墨烯几乎没有关系。我们试图在没有任何发现的情况下在文章中搜索英文单词graphene。为了安全起见,我们还查看了15篇引用修订论文的学术论文,其中只有一篇与石墨烯有关。

看看文章中的图片。下图是整个制备过程的示意图。首先将玉米芯中的纤维素等与Fe(CN)64-配位以获得复合物。复合物在高温下进行石墨化反应,得到Fe3C材料,除去夹在碳层之间的Fe原子,得到产物。 XRD和拉曼光谱都表明该材料具有石墨的特性。请注意,它是石墨,没有提到石墨烯。重要的是要知道石墨烯的一个重要指标是碳原子数小于10层。石墨烯的许多优异性质也与层数具有直接的因果关系。如果层数不符合标准,则该材料不能称为石墨烯。

我们来看看本文中的电子显微镜照片。可以看到一点材料知识,这种碳纳米片的厚度远远超过10层碳原子,并且边缘极不均匀。如果这种材料也可以被认为是石墨烯,那么它只能是嘿嘿。

一万步,即使这种材料是石墨烯,它的成本真的可以降到每克一元吗?让我们弄明白。除去杂质之前该材料的组成是Fe3C。这样,每吨石墨烯需要105吨黄色血盐。黄血盐的单价约为20,000,因此就单独的黄血盐成本而言,生物质石墨烯的成本高达200万/吨。即使盐酸和玉米芯是免费的,它们也使用可加热到1100度的高温炉,每小时消耗14度并且充电非常高。除了复杂的制备方法(参见盛泉专利>1),原料成本和能耗远远高于每克1元的广告价格。

经过这样的调查,整件事情变得清晰起来。来回生产,盛泉集团生产的碳材料与石墨烯无关。它至多具有一些石墨特性。然而,他们故意或无意地混淆了石墨烯材料的概念,并将其称为生物质石墨烯。在新的第三板上市当天,圣泉集团宣称已经掌握了降低石墨烯生产成本的技术,从而刺激了股价上涨。我们应该知道石墨的市场价格现在约为5000吨。如果有人以1元/克(相当于10万/吨)的价格从圣泉集团购买这种石墨碳材料,那将是一大损失。此外,盛泉集团于2014年7月申请中国专利,由傅洪刚教授于2013年发表的论文(多孔石墨烯的制备方法,1)发表。根据理论,这违反了专利的新颖性原则。从理论上讲,它可以提出无效请求。咳嗽,知道太多。