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行業新聞
24 2023-02

盤點“神奇材料”石墨烯的十種最佳用途!

石墨烯因其高導電性、高導熱性和高強度等優異性能而被稱為“神奇材料”,它可能會徹底改變大量應用,燈泡,芯片,電池,觸摸屏,還有智能手機和新能源的汽車,石墨烯可以勝任的的領域數不勝數,下面就來盤點一下石墨烯的各種用途!
09 2023-02

2022年石墨烯行業十大系列事件

2022年,我國從國家層面和地方政府層面不斷出臺多項政策推動石墨烯行業邁向高質量發展新階段。工信部、國資委、市場監管總局、知識產權局等四部門聯合發布《原材料工業“三品”實施方案》中重點提到積極培育石墨烯材料等前沿新材料,進一步提升高端產品有效供給能力,強化對戰略性新興產業和國家重大工程的支撐作用。北京、上海、深圳、黑龍江、江蘇、浙江、福建、廣西、湖北、內蒙古、河南、山東等20多個省市出臺相關政策推動石墨烯材料提升和市場應用拓展。
02 2023-02

劃出石墨烯的“及格線”,我國獨立完成石墨烯重要國際標準發布

 日前,由中科院山西煤炭化學研究所(簡稱山西煤化所)獨立提出并完成、歷時4年修改完善的燃燒法測量石墨烯基材料灰分含量國際標準,經中國、加拿大、韓國、德國等多國科學家審核后正式發布。
16 2023-01

石墨烯鋅粉涂料納入中國船級社認證范圍

中國船級社CCS,成立于1956年,是國際船級社的正式成員,為船舶、海上設施提供世界領先的技術規范、標準并提供相關檢驗、鑒證檢驗、公證檢驗、認證認可等服務。
13 2023-01

石墨烯領域4項團體標準正式發布

石墨烯領域4項團體標準正式發布
12 2023-01

石墨烯:應用可達“科幻級

? ? ? 有這樣一種堅韌的薄膜,它能以一個鉛筆尖的承受面,撐住一頭大象的重量,而不會被戳破,這種材料就是石墨烯。石墨烯是人類歷史上發現的首個二維元素晶體,它幾近透明,卻異常柔韌,且能彎曲。它的厚度僅為頭發絲的二十萬分之一,強度卻是鋼的200倍,有研究資料顯示石墨烯是目前人類發現最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型材料,自2004年被發現以來,在全世界備受推崇,被認為是21世紀重大的科學發現之一,是改變世界的一種材料。
29 2021-04

我國科研團隊運用AI設計出石墨烯/氮化硼復合二維材料

近日,從杭州電子科技大學獲悉,該校機械工程學院董源教授研究團隊將人工智能、深度學習、對抗生成技術與新材料的研發相結合,研究出針對石墨烯/氮化硼復合二維材料的人工智能系統。  傳統的材料學硏究中,新材料需要經歷理論發現、實驗室制備、工程化制造和實際應用等階段,這一過程至少需要20至30年,造成材料科研“耗時耗力”。將人工智能應用到新材料研發中,是解決目前材料研發周期過長、代價過高的一種新嘗試。  董源研究團隊采用大規模高通量計算收集了大量的結構-帶隙之間的關聯數據,作為人工智能的學習數據集。他們構建了數套深度卷積神經網絡,可以學習已有的結構-帶隙數據,精確預測不在數據集之中的任意新型結構的帶隙,精確度可高達95%。  “這一類材料的帶隙可以在導體與寬禁帶半導體之間廣泛可調,并且高度依賴原子的空間排布,在高性能存儲、光電器件中具有重要應用潛力。”董源指出。  在進一步研究中,董源團隊希望人工智能能夠承擔起一位材料科學家的角色,也就是可以根據用戶需求主動設計材料。  “我們采用了近年來備受關注的對抗生成網絡(GAN)來實現這一目的。”董源說。通過將深度卷積網絡中的“隱藏神經層”與對抗生成網絡中的“判別器”嵌合在一起,他們所設計的“條件生成對抗網絡”可以做到根據用戶對帶隙的需求,自動生成新的石墨烯/氮化硼材料結構,且準確度依然可以達到90%左右。  董源團隊還通過對隱藏神經層進行數據降維,觀測到條件生成對抗網絡跟蹤材料結構與物性之間耦合關系的過程,對人工智能在材料科學應用中的可解釋性做出了部分闡述。  日前,浙江省發布了《浙江省新材料產業發展“十四五”規劃》,明確提出力爭到2025年,初步建成全球有重要影響力的新材料產業高地。  “人工智能加速新材料研發這一領域的進展是激動人心的,迫切需要材料領域、信息科學領域的科學家以及材料產業專家精誠合作、緊密團結來推動它的發展。”董源表示。
29 2021-04

劉忠范:“石墨烯熱”中更需坐得住冷板凳

“石墨烯產業必須要有‘殺手锏級’的應用,我們一定要在這方面下功夫,瞄準現在,關注未來。”中國科學院院士、北京大學化學與分子工程學院教授、北京石墨烯研究院院長劉忠范近日在接受科技日報記者采訪時再次強調。  因在納米領域做出的卓越成果,劉忠范獲得第八屆納米研究獎。該獎項由《納米研究(英文版)》(NanoResearch)編委會、清華大學出版社以及施普林格出版社于2013年共同設立,旨在表彰在納米研究領域作出重大貢獻、進而推動納米學科發展的杰出科學家。今年與劉忠范一起獲獎的是荷蘭代爾夫特工業大學塞斯·德克教授。  我國位列石墨烯研究第一方陣  在世界納米材料研究領域,劉忠范被公認為是先驅和重要領導者。他推動和見證了我國石墨烯產業的快速發展。  石墨烯是目前世界上已知最薄、最堅硬、導電性和導熱性最好的材料,因此被稱為“會改變世界的材料”,石墨烯產業也成為各國競爭的新材料領域之一。  “我們國家起步與發達國家幾乎同步,得益于國家對發展新材料的重視,這些年我國石墨烯產業發展很快。”劉忠范介紹道,截至去年底,我國石墨烯產業相關企業近17000家,論文總數占全球三分之一強,專利數量占全球總數三分之二強,“不管從研究規模還是人才隊伍看,我們已經屬于第一方陣。”  石墨烯產業不能急于求成  劉忠范說,“石墨烯熱”仍在持續,“最近,深圳石墨烯產業園揭牌,這是我國第三十個石墨烯產業園。”  即便如此,在劉忠范看來,我國石墨烯產業才剛剛起步。“一個產業的發展成熟不可能一蹴而就。”他以碳纖維為例,“已經花了60年,還遠沒有成熟,而石墨烯從2004年在實驗室被發現,迄今也才17年時間。”  從這一角度看,劉忠范多次強調,我國石墨烯產業不能急于求成,一定要放眼未來,要追求原創性突破和打造核心競爭力。  “迄今為止,我們的石墨烯產業更多關注具體產品,如何掙快錢。”劉忠范介紹道,目前市場上石墨烯產品主要集中在三大應用上:一是石墨烯大健康和電熱產品,如電熱服和電暖畫;二是石墨烯改性電池;三是防腐涂料。  “這三大品類占據石墨烯產品的近90%。”劉忠范說,“但它們未必是未來的主導應用。”  反觀國外,人們更多關注石墨烯傳感器和探測器、石墨烯可穿戴技術、石墨烯微波通訊器件、石墨烯復合材料、石墨烯海水淡化技術等。在劉忠范看來,這些東西不能立即變現,不能期待幾年之內就有多么大的產業,但是它們代表著石墨烯材料的未來。  專注尋找石墨烯“殺手锏級”的用途  劉忠范擔心,“我們起了個大早,趕了個晚集。”這也是他一直強調要專注尋找石墨烯“殺手锏級”應用的原因。  在他看來,“殺手锏”級別的應用是建立在日趨完美的高性能石墨烯材料基礎上的,“研究人員一定要有耐心和堅持,既需要原創性的基礎研究,也需要精益求精的研發和持續不斷的投入。”  劉忠范還強調了材料制備問題。“未來的石墨烯產業依賴于石墨烯材料本身,沒有好的材料也就失去了產業的根基,所以把材料做好是關鍵。”他說,目前的石墨烯材料質量還差得遠,在制備技術上還有非常大的提升空間。  不管是材料制備還是尋找“殺手锏”,都要有“十年磨一劍”的耐心。  “我研究石墨烯13年了,尤其在石墨烯薄膜制備上下了極大的功夫,但仍有很多要解決的難題。”劉忠范說,此前自己已在納米領域耕耘10多年,“如果沒有前期的積累,我們可能也不會很快在石墨烯領域取得這些突破。”  “我們的科研人員,尤其是青年科學家要沉下心來,做點真正有價值的東西,要么‘上貨架’,要么‘上書架’,不必操之過急,做基礎研究要弘揚科學家精神,面向應用要提倡工匠精神,把一件事情做到極致。”劉忠范強調,真正的核心技術,是“熬”出來的。
08 2021-04

基于聚酰亞胺的高導熱石墨膜材料研究進展

摘要:近年來,隨著電子設備的小型化、輕量化,高導熱石墨膜材料受到廣泛關注。本文綜述了聚酰亞胺(PI)基石墨膜材料的制備,詳細介紹了石墨膜性能的影響因素,主要涉及分子結構、分子取向和其他材料的誘導作用等,簡述了石墨膜復合材料的研究和專利近況,并對未來石墨膜材料的研究方向提出了建議與展望。  隨著科技的高速發展,電子信息產品趨于結構緊湊化、運行高效化,普遍面臨發熱量高、芯片耐高溫性差、散熱不充分等問題,大量積累的熱量將會嚴重影響電子器件的正常工作及系統的穩定性。為了解決此類問題,人們開發出以散熱系數高、質輕的碳基材料為主的導熱材料。其中,石墨膜由于具有優良的導電性、導熱性、輕薄性,在微電子封裝和集成領域的應用表現出明顯優勢。  聚酰亞胺(PI)作為一種特種工程材料,已廣泛應用于航空、航天、微電子等領域,被稱為“解決問題的能手”。早在20世紀70年代,ABüRGER等將PI膜經2800~3200℃的高溫處理得到了高定向的石墨膜,其后眾多學者對PI膜的碳化-石墨化行為和機理進行了深入研究。PI膜制備的石墨膜雖然性能優于大部分導熱材料,但仍存在導熱性待提高、不耐彎折等問題。在此基礎上學者們探究了影響石墨膜性能的因素并對其單方面性能(導熱性、導電性)的提高做了深入研究。我國雖然在PI膜制備石墨膜這方面的發展較晚,但近幾年來在學術研究和專利布局方面都有很大突破。本文主要對PI基膜制備高導熱石墨膜的研究進行總結。  石墨膜的制備研究  目前,制備高導熱石墨膜主要有4條技術路線:膨脹石墨壓延法、氧化石墨烯(GOx)還原法(溶液化學法)、氣相沉積(CVD)法、PI類薄膜碳化-石墨化法。膨脹石墨壓延法主要是由天然鱗片石墨顆粒膨脹壓延而成。GOx還原法是運用化學試劑通過得失電子的方法還原石墨烯。CVD法則是用氣態碳源在銅和鎳襯底上生長石墨烯。PI類薄膜碳化-石墨化法主要以高聚物(PI、聚丙烯腈)為原材料,經過前驅體的預成型碳化和高溫石墨化,制備高性能石墨烯導熱片和纖維。表1為4種技術路線的綜合比較。  與其他3種方法相比,PI類薄膜碳化-石墨化法在制備具有高熱導率的高結晶性和高取向性石墨膜方面更有優勢。PI類薄膜碳化-石墨化法制備高性能石墨烯導熱片和纖維包括兩個過程:碳化和石墨化。碳化是在減壓或在氮氣(N2)氛圍中對PI膜進行預熱處理,碳化的溫度在800~1500℃。在升溫時可對PI膜施加適當壓力以避免膜材發皺。石墨化是在減壓或在惰性氣體(氬氣(Ar)、氦氣(He)等)的保護下進行,石墨化的溫度在1800~3000℃。  PI類薄膜制備石墨膜的早期研究以PI商品膜為基膜,對其碳化-石墨化轉變過程進行探究。  MINAGAKI等將厚度為25μm的Kapton?PI薄膜碳化,然后在不同溫度下進行石墨化,之后觀察膜材橫截面的變化。結果表明,在550~1000℃,C-N、C=O鍵裂解,以CO、CO2、N2的形式脫離膜材,膜材質量先迅速下降然后趨于穩定。在1000~2000℃,膜材聚集形成亂層結構,亂層結構中的C、H、O、N逐漸排出,非碳原子脫離留下的空隙變小,微晶結構的邊界逐漸消失。在2000~2500℃,微晶聚集形成石墨晶體,膜材出現部分石墨化。  超過2500℃之后,晶格逐步完善,亂層結構逐漸變成有序平行的石墨六角網層結構,膜材呈現出高度石墨化。他們還以Upilex?PI膜做了對比實驗,發現PI結構中的含氧量越多,初步形成的微晶直徑越小,石墨化能力下降。YHISHIYAMA等研究了PI基膜制備的碳膜在1800~3200℃的石墨化變化,發現隨著溫度升高,石墨結構逐漸趨于有序。  隨后,國內學者對PI膜碳化過程進行了細化研究。趙根祥等研究了3種國產PI膜在高純N2氣氛中從室溫到1000℃進行熱解炭時的結構轉變,實驗結果表明:隨著熱解溫度的升高,試樣中含碳量增加,且在550~700℃增加最為激烈,這可能是分子發生熱縮聚反應,導致C-O、C-N鍵斷開形成新鍵,致使雜環生長。而試樣中含氧量在800℃之前一直下降,這是由于試樣分子中的C-O鍵發生斷裂導致氧可能以CO形式逸出。他們還研究了Kap‐ton?PI薄膜在N2中加熱到1000℃的熱分解行為。實驗表明,樣品的質量損失和尺寸收縮主要發生在500~800℃,當溫度超過800℃后,這種現象趨于緩和。  亓淑英等研究了PI薄膜在不同碳化溫度下膜材內部結構轉變規律及其對膜材性能的影響。同ABüRGER和趙根祥等的結論相似,在溫度區間500~650℃膜材質量損失明顯,PI薄膜在不同熱處理溫度下內部分子鍵的斷裂、轉變情況為:在700℃之前,亞酰胺環沿C-N鍵斷裂,脫羰基反應,形成具有共軛腈基和異腈基的苯環型化合物,導致含氧量降低;在700℃之后發生雜環的合并,脫除殘留的氮氧,形成連續巨大的芳雜環多環化合物,隨后稠環芳構化,類石墨結構的六角碳網層面形成并逐漸生長。同時發現在700℃左右膜材的力學和電學性能出現轉折點,這與膜材結構的轉變相呼應。  影響石墨膜性能的因素  為了擴大研究,學者們不再局限于以PI商品膜為基膜,開始使用單體自主合成的PI膜,發現影響PI膜石墨化性能的因素主要有化學結構、分子取向和其他摻雜物質的催化作用。  分子結構  MINAGAKI等選定Kapton?和Novax?兩種配方的芳香族PI薄膜(如圖1所示),經3000℃石墨化后,在液氮環境下垂直于各石墨膜表面施加1T磁場,通過測量橫向磁阻來研究碳化過程中升溫速率對最終石墨膜性能的影響。測量后發現Kapton?膜的石墨化程度隨升溫速率的升高而升高,而Novax?膜的結晶度在升溫速率為2℃/min時最高,證明PI分子的構象變化是影響石墨結晶度的主要因素之一。  YHISHIYAMA等研究發現,以1,2,4,5-均苯四甲酸二酐(PMDA)、對苯二胺(PDA)、3,3′,4,4′-二氨基聯苯胺四鹽酸(TAB)為原料(如圖2所示),制備的PI基膜(n(PMDA)∶n(PDA)∶n(TAB)=25∶23∶1),在N2氣氛中,通過紅外輻射以2℃/min的升溫速率加熱至900℃,并在900℃保持1h;再在Ar氣氛中將碳膜夾在石墨板中以20℃/min的升溫速率從1800℃加熱至3200℃,并且每升溫100℃保溫30min,最終在3200℃時保溫10min,發現石墨化質量與高度取向的熱解石墨(HOPG)相當。  TTAKEICHI等將不同的聚酰胺酸(PAA)轉化為聚酰胺酯,通過胺酯交換將其亞胺化后進行碳化-石墨化,探究不同PI前驅體結構對于碳化-石墨化的影響。結果表明,由PMDA和PDA制得PAA再經酯化后制得的PI薄膜具有高石墨化性,并且石墨化膜的取向隨酯化率的增加而增加;同時石墨膜的取向也受烷基酯的影響,聚酰胺酯酰亞胺化時具有更大的離去基團,PI膜階段的拉伸模量更低,石墨化薄膜具有更高取向。而對于由3,3′,4,4′-聯苯四羧酸二酐(BPDA)和PDA制得PAA再經酯化后制得的PI薄膜,聚酰胺酯酰亞胺化時具有更大的離去基團,PI膜階段的拉伸模量更高,石墨化薄膜也具有更高取向。對于由PMDA和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)制得PAA再經酯化后制得的PI薄膜用作前體時,轉化為聚(酰胺酯)對石墨化薄膜的取向沒有任何影響。  分子取向  ZHONGDH等研究了厚度為2~26μm由PMDA和ODA制備的PI膜在不同熱處理溫度下的石墨化行為。結果發現,PI基膜厚度越小,膜平面內取向度越大,制得的石墨膜結晶度越高。  VESMIRNOVA等比較了3種厚度相近的剛性棒狀結構的PI膜在PAA階段進行單拉和雙拉預處理后對石墨化性能的影響。研究表明,在碳化-石墨化過程中,PAA膜的有序晶體結構對形成高度石墨化膜起主要作用。均聚PI膜在PAA階段進行雙軸預拉伸可提高膜的石墨結晶度和石墨化程度。單軸預拉伸處理的各類PI膜的磁阻在所有強度下均低于雙軸預拉伸和未拉伸的PI膜,證明亂層結構在向石墨結構轉化時,單軸預拉伸的膜結構缺陷多于雙軸預拉伸和未拉伸的PI膜,導致其導電性能降低。  其他摻雜物質的催化作用  添加少量的催化劑是加速石墨化催化和提高石墨化程度的有效方法。常用的催化劑有金屬、非金屬及其化合物。  添加金屬催化劑  HOKA等基于PMDA和ODA制得的PAA溶液,混合乙酰丙酮鐵配合物的N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶液,得到含鐵的PAA溶液,通過熱亞胺化制得PI-Fe膜。在600~1200℃各個溫度下通Ar保溫1h,將PI-Fe和PI薄膜碳化。研究發現,在600~1200℃,鐵促進了PI膜的碳化并提高了電導率,但在1200℃后,鐵顆粒從順磁過渡到鐵磁,含鐵碳膜和純PI膜制得的碳膜電導率幾乎相同。BINYZ等[29]實驗表明PAA亞胺化后得到的PI膜在鎳的催化下,在1600℃碳化5h后檢測到其晶體結構接近于完美的石墨晶體,鎳顆粒的催化作用對于改善石墨化程度起著重要作用。  添加非金屬及其化合物催化劑  硼能與碳置換形成固溶體,HKONNO等對含硼官能團的PI薄膜在1200~2600℃進行碳化石墨化。研究發現B-N鍵在800℃左右形成,接著在1200℃時被打斷并取代結構中的碳。由于碳原子之間的共價鍵斷裂導致碳骨架重排,硼原子通過間隙擴散連接亂層中斷鍵的碳原子,減小了碳層間距。雖然硼摻雜降低了石墨膜的層間距d002,但其碳化-石墨化后分子結構更為無序,不利于石墨結構的發展,同時硼原子的存在干擾了碳膜的導電性能。  NIUYG等在3,3′,4,4′-二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA)和ODA制得的PAA中加入碳化硅(SiC)納米顆粒制備PI膜,分別在600、800、1000℃下碳化2h,研究發現PI膜的碳化主要發生了脫氧和脫氮反應。在2300℃石墨化2h后,隨著SiC納米顆粒摻入量的增加,石墨化程度和晶體尺寸增加。引入3%的SiC納米顆粒時,石墨化膜的薄層方塊電阻達到0.96Ω。這些結果證實了SiC納米顆粒對PI膜的碳化-石墨化具有催化作用和增強作用。SiC在高于1600℃時會發生晶體結構的轉變,從β-SiC轉變成于α-SiC,到2600℃時,SiC發生分解反應,生成氣態硅和易石墨化的碳,提高了材料的石墨化程度。  NIUYG等在同一組份的PAA中加入不同劑量的還原氧化石墨烯(RGO)懸浮液,制得不同RGO含量的RGO/PAA復合膜,將純PI膜和RGO/PI復合膜分別在N2下以10℃/min的升溫速率升溫并在1000℃和1600℃下保持2h,再在Ar氣氛下于2300℃保溫2h制得石墨膜。實驗結果表明,RGO含量為3%的石墨膜石墨化度為37.2%,證實了在RGO/PI復合膜的石墨化過程中,RGO片材具有明顯的誘導作用。  石墨膜復合材料在導熱方面的研究  表2為常用導熱材料的相關參數對比。與其他導熱材料相比,PI基膜制備的石墨膜材料具有密度小、質量輕、熔點高等優點,可以廣泛應用于較多領域。但其仍存在許多問題:①熱導率仍有待提高。  由表2可以看出,PI基膜制備的石墨膜材壓延后熱導率優于大部分導熱材料,但層間空隙較大,對于其熱導率的提高有很大的阻礙作用;②不耐彎折、韌性差。由于高溫下化學鍵的斷裂和再生成,非碳原子的離開造成了微觀結構上的晶體缺陷,石墨膜的韌性降低,不耐彎折;③碳化石墨設備能耗高。碳化和石墨化的制備工藝不同,存在兩次升溫降溫,具有能耗高、間歇性生產產量低等缺陷。  因此,將PI基膜與其他質輕、高導熱的碳原材料復合制備石墨膜復合材料,為以上問題提供了新的解決方案。  以聚酰亞胺為主體材料制備石墨膜  LIYH等將不同含量的氧化石墨烯(GO)和RGO混入DMAc溶液,以PMDA和ODA為反應單體制備PAA,再在80℃的真空環境下放置2h揮發多余溶劑,然后分別在100、150、250、300℃下固化1h。在N2氛圍中,將PI膜樣品放入管式爐加熱,分別在500、1000、1500℃溫度下保溫1h。結果表明,經過1500℃的碳化,2%GO/PI復合膜制備的碳膜熱導率為172.69W/(m·K),比2%RGO/PI復合膜制備的碳膜熱導率提高了112%,比純PI膜制備的碳膜熱導率提高
02 2021-04

石墨烯是什么材料,看看這種說法

石墨烯是什么材料,以下看石墨烯廠家的專業介紹。石墨烯是一種二維晶體,人們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的,石墨的層間作用力較弱,很容易互相剝離,形成薄薄的石墨片。
02 2021-04

國檢中心助力解決石墨烯行業疑難

石墨烯自問世起,憑借其強大的性能和潛力被世界各國提升到國家戰略發展的高度,其發展水平與國家整體經濟實力、科研投入以及資源稟賦具有高度相關性。但目前國內外對于石墨烯相關研究主要集中在其發展概況上,對當下石墨烯的技術研發、資本炒作、產品市場化中存在的問題頗多,石墨烯實現從樣品、產品到商品這中間的轉化過程非常困難,是石墨烯發展過程中的重大疑難問題。
12 2020-11

石墨烯公司有哪些?

目前,許多由有機材料制造的電子和光電子材料都具備良好的柔韌度,易于改變形狀。與此同時,不易形變的無機化合物在制造光學、電氣和機械元件方面展現出了強大的性能。但由于技術原因,二者卻很難優勢互補,功能優異的無機化合物半導體也因不易塑形的特點而遇到了發展障礙。
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