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24 2023-02

盘点“神奇材料”石墨烯的十种最佳用途!

石墨烯因其高导电性、高导热性和高强度等优异性能而被称为“神奇材料”,它可能会彻底改变大量应用,灯泡,芯片,电池,触摸屏,还有智能手机和新能源的汽车,石墨烯可以胜任的的领域数不胜数,下面就来盘点一下石墨烯的各种用途!
09 2023-02

2022年石墨烯行业十大系列事件

2022年,我国从国家层面和地方政府层面不断出台多项政策推动石墨烯行业迈向高质量发展新阶段。工信部、国资委、市场监管总局、知识产权局等四部门联合发布《原材料工业“三品”实施方案》中重点提到积极培育石墨烯材料等前沿新材料,进一步提升高端产品有效供给能力,强化对战略性新兴产业和国家重大工程的支撑作用。北京、上海、深圳、黑龙江、江苏、浙江、福建、广西、湖北、内蒙古、河南、山东等20多个省市出台相关政策推动石墨烯材料提升和市场应用拓展。
02 2023-02

划出石墨烯的“及格线”,我国独立完成石墨烯重要国际标准发布

 日前,由中科院山西煤炭化学研究所(简称山西煤化所)独立提出并完成、历时4年修改完善的燃烧法测量石墨烯基材料灰分含量国际标准,经中国、加拿大、韩国、德国等多国科学家审核后正式发布。
16 2023-01

石墨烯锌粉涂料纳入中国船级社认证范围

中国船级社ccs,成立于1956年,是国际船级社的正式成员,为船舶、海上设施提供世界领先的技术规范、标准并提供相关检验、鉴证检验、公证检验、认证认可等服务。
13 2023-01

石墨烯领域4项团体标准正式发布

石墨烯领域4项团体标准正式发布
12 2023-01

石墨烯:应用可达“科幻级

      有这样一种坚韧的薄膜,它能以一个铅笔尖的承受面,撑住一头大象的重量,而不会被戳破,这种材料就是石墨烯。石墨烯是人类历史上发现的首个二维元素晶体,它几近透明,却异常柔韧,且能弯曲。它的厚度仅为头发丝的二十万分之一,强度却是钢的200倍,有研究资料显示石墨烯是目前人类发现最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型材料,自2004年被发现以来,在全世界备受推崇,被认为是21世纪重大的科学发现之一,是改变世界的一种材料。
29 2021-04

我国科研团队运用ai设计出石墨烯/氮化硼复合二维材料

近日,从杭州电子科技大学获悉,该校机械工程学院董源教授研究团队将人工智能、深度学习、对抗生成技术与新材料的研发相结合,研究出针对石墨烯/氮化硼复合二维材料的人工智能系统。  传统的材料学硏究中,新材料需要经历理论发现、实验室制备、工程化制造和实际应用等阶段,这一过程至少需要20至30年,造成材料科研“耗时耗力”。将人工智能应用到新材料研发中,是解决目前材料研发周期过长、代价过高的一种新尝试。  董源研究团队采用大规模高通量计算收集了大量的结构-带隙之间的关联数据,作为人工智能的学习数据集。他们构建了数套深度卷积神经网络,可以学习已有的结构-带隙数据,精确预测不在数据集之中的任意新型结构的带隙,精确度可高达95%。  “这一类材料的带隙可以在导体与宽禁带半导体之间广泛可调,并且高度依赖原子的空间排布,在高性能存储、光电器件中具有重要应用潜力。”董源指出。  在进一步研究中,董源团队希望人工智能能够承担起一位材料科学家的角色,也就是可以根据用户需求主动设计材料。  “我们采用了近年来备受关注的对抗生成网络(gan)来实现这一目的。”董源说。通过将深度卷积网络中的“隐藏神经层”与对抗生成网络中的“判别器”嵌合在一起,他们所设计的“条件生成对抗网络”可以做到根据用户对带隙的需求,自动生成新的石墨烯/氮化硼材料结构,且准确度依然可以达到90%左右。  董源团队还通过对隐藏神经层进行数据降维,观测到条件生成对抗网络跟踪材料结构与物性之间耦合关系的过程,对人工智能在材料科学应用中的可解释性做出了部分阐述。  日前,浙江省发布了《浙江省新材料产业发展“十四五”规划》,明确提出力争到2025年,初步建成全球有重要影响力的新材料产业高地。  “人工智能加速新材料研发这一领域的进展是激动人心的,迫切需要材料领域、信息科学领域的科学家以及材料产业专家精诚合作、紧密团结来推动它的发展。”董源表示。
29 2021-04

刘忠范:“石墨烯热”中更需坐得住冷板凳

“石墨烯产业必须要有‘杀手锏级’的应用,我们一定要在这方面下功夫,瞄准现在,关注未来。”中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授、北京石墨烯研究院院长刘忠范近日在接受科技日报记者采访时再次强调。  因在纳米领域做出的卓越成果,刘忠范获得第八届纳米研究奖。该奖项由《纳米研究(英文版)》(nanoresearch)编委会、清华大学出版社以及施普林格出版社于2013年共同设立,旨在表彰在纳米研究领域作出重大贡献、进而推动纳米学科发展的杰出科学家。今年与刘忠范一起获奖的是荷兰代尔夫特工业大学塞斯·德克教授。  我国位列石墨烯研究第一方阵  在世界纳米材料研究领域,刘忠范被公认为是先驱和重要领导者。他推动和见证了我国石墨烯产业的快速发展。  石墨烯是目前世界上已知最薄、最坚硬、导电性和导热性最好的材料,因此被称为“会改变世界的材料”,石墨烯产业也成为各国竞争的新材料领域之一。  “我们国家起步与发达国家几乎同步,得益于国家对发展新材料的重视,这些年我国石墨烯产业发展很快。”刘忠范介绍道,截至去年底,我国石墨烯产业相关企业近17000家,论文总数占全球三分之一强,专利数量占全球总数三分之二强,“不管从研究规模还是人才队伍看,我们已经属于第一方阵。”  石墨烯产业不能急于求成  刘忠范说,“石墨烯热”仍在持续,“最近,深圳石墨烯产业园揭牌,这是我国第三十个石墨烯产业园。”  即便如此,在刘忠范看来,我国石墨烯产业才刚刚起步。“一个产业的发展成熟不可能一蹴而就。”他以碳纤维为例,“已经花了60年,还远没有成熟,而石墨烯从2004年在实验室被发现,迄今也才17年时间。”  从这一角度看,刘忠范多次强调,我国石墨烯产业不能急于求成,一定要放眼未来,要追求原创性突破和打造核心竞争力。  “迄今为止,我们的石墨烯产业更多关注具体产品,如何挣快钱。”刘忠范介绍道,目前市场上石墨烯产品主要集中在三大应用上:一是石墨烯大健康和电热产品,如电热服和电暖画;二是石墨烯改性电池;三是防腐涂料。  “这三大品类占据石墨烯产品的近90%。”刘忠范说,“但它们未必是未来的主导应用。”  反观国外,人们更多关注石墨烯传感器和探测器、石墨烯可穿戴技术、石墨烯微波通讯器件、石墨烯复合材料、石墨烯海水淡化技术等。在刘忠范看来,这些东西不能立即变现,不能期待几年之内就有多么大的产业,但是它们代表着石墨烯材料的未来。  专注寻找石墨烯“杀手锏级”的用途  刘忠范担心,“我们起了个大早,赶了个晚集。”这也是他一直强调要专注寻找石墨烯“杀手锏级”应用的原因。  在他看来,“杀手锏”级别的应用是建立在日趋完美的高性能石墨烯材料基础上的,“研究人员一定要有耐心和坚持,既需要原创性的基础研究,也需要精益求精的研发和持续不断的投入。”  刘忠范还强调了材料制备问题。“未来的石墨烯产业依赖于石墨烯材料本身,没有好的材料也就失去了产业的根基,所以把材料做好是关键。”他说,目前的石墨烯材料质量还差得远,在制备技术上还有非常大的提升空间。  不管是材料制备还是寻找“杀手锏”,都要有“十年磨一剑”的耐心。  “我研究石墨烯13年了,尤其在石墨烯薄膜制备上下了极大的功夫,但仍有很多要解决的难题。”刘忠范说,此前自己已在纳米领域耕耘10多年,“如果没有前期的积累,我们可能也不会很快在石墨烯领域取得这些突破。”  “我们的科研人员,尤其是青年科学家要沉下心来,做点真正有价值的东西,要么‘上货架’,要么‘上书架’,不必操之过急,做基础研究要弘扬科学家精神,面向应用要提倡工匠精神,把一件事情做到极致。”刘忠范强调,真正的核心技术,是“熬”出来的。
08 2021-04

基于聚酰亚胺的高导热石墨膜材料研究进展

摘要:近年来,随着电子设备的小型化、轻量化,高导热石墨膜材料受到广泛关注。本文综述了聚酰亚胺(pi)基石墨膜材料的制备,详细介绍了石墨膜性能的影响因素,主要涉及分子结构、分子取向和其他材料的诱导作用等,简述了石墨膜复合材料的研究和专利近况,并对未来石墨膜材料的研究方向提出了建议与展望。  随着科技的高速发展,电子信息产品趋于结构紧凑化、运行高效化,普遍面临发热量高、芯片耐高温性差、散热不充分等问题,大量积累的热量将会严重影响电子器件的正常工作及系统的稳定性。为了解决此类问题,人们开发出以散热系数高、质轻的碳基材料为主的导热材料。其中,石墨膜由于具有优良的导电性、导热性、轻薄性,在微电子封装和集成领域的应用表现出明显优势。  聚酰亚胺(pi)作为一种特种工程材料,已广泛应用于航空、航天、微电子等领域,被称为“解决问题的能手”。早在20世纪70年代,abürger等将pi膜经2800~3200℃的高温处理得到了高定向的石墨膜,其后众多学者对pi膜的碳化-石墨化行为和机理进行了深入研究。pi膜制备的石墨膜虽然性能优于大部分导热材料,但仍存在导热性待提高、不耐弯折等问题。在此基础上学者们探究了影响石墨膜性能的因素并对其单方面性能(导热性、导电性)的提高做了深入研究。我国虽然在pi膜制备石墨膜这方面的发展较晚,但近几年来在学术研究和专利布局方面都有很大突破。本文主要对pi基膜制备高导热石墨膜的研究进行总结。  石墨膜的制备研究  目前,制备高导热石墨膜主要有4条技术路线:膨胀石墨压延法、氧化石墨烯(gox)还原法(溶液化学法)、气相沉积(cvd)法、pi类薄膜碳化-石墨化法。膨胀石墨压延法主要是由天然鳞片石墨颗粒膨胀压延而成。gox还原法是运用化学试剂通过得失电子的方法还原石墨烯。cvd法则是用气态碳源在铜和镍衬底上生长石墨烯。pi类薄膜碳化-石墨化法主要以高聚物(pi、聚丙烯腈)为原材料,经过前驱体的预成型碳化和高温石墨化,制备高性能石墨烯导热片和纤维。表1为4种技术路线的综合比较。  与其他3种方法相比,pi类薄膜碳化-石墨化法在制备具有高热导率的高结晶性和高取向性石墨膜方面更有优势。pi类薄膜碳化-石墨化法制备高性能石墨烯导热片和纤维包括两个过程:碳化和石墨化。碳化是在减压或在氮气(n2)氛围中对pi膜进行预热处理,碳化的温度在800~1500℃。在升温时可对pi膜施加适当压力以避免膜材发皱。石墨化是在减压或在惰性气体(氩气(ar)、氦气(he)等)的保护下进行,石墨化的温度在1800~3000℃。  pi类薄膜制备石墨膜的早期研究以pi商品膜为基膜,对其碳化-石墨化转变过程进行探究。  minagaki等将厚度为25μm的kapton®pi薄膜碳化,然后在不同温度下进行石墨化,之后观察膜材横截面的变化。结果表明,在550~1000℃,c-n、c=o键裂解,以co、co2、n2的形式脱离膜材,膜材质量先迅速下降然后趋于稳定。在1000~2000℃,膜材聚集形成乱层结构,乱层结构中的c、h、o、n逐渐排出,非碳原子脱离留下的空隙变小,微晶结构的边界逐渐消失。在2000~2500℃,微晶聚集形成石墨晶体,膜材出现部分石墨化。  超过2500℃之后,晶格逐步完善,乱层结构逐渐变成有序平行的石墨六角网层结构,膜材呈现出高度石墨化。他们还以upilex®pi膜做了对比实验,发现pi结构中的含氧量越多,初步形成的微晶直径越小,石墨化能力下降。yhishiyama等研究了pi基膜制备的碳膜在1800~3200℃的石墨化变化,发现随着温度升高,石墨结构逐渐趋于有序。  随后,国内学者对pi膜碳化过程进行了细化研究。赵根祥等研究了3种国产pi膜在高纯n2气氛中从室温到1000℃进行热解炭时的结构转变,实验结果表明:随着热解温度的升高,试样中含碳量增加,且在550~700℃增加最为激烈,这可能是分子发生热缩聚反应,导致c-o、c-n键断开形成新键,致使杂环生长。而试样中含氧量在800℃之前一直下降,这是由于试样分子中的c-o键发生断裂导致氧可能以co形式逸出。他们还研究了kap‐ton®pi薄膜在n2中加热到1000℃的热分解行为。实验表明,样品的质量损失和尺寸收缩主要发生在500~800℃,当温度超过800℃后,这种现象趋于缓和。  亓淑英等研究了pi薄膜在不同碳化温度下膜材内部结构转变规律及其对膜材性能的影响。同abürger和赵根祥等的结论相似,在温度区间500~650℃膜材质量损失明显,pi薄膜在不同热处理温度下内部分子键的断裂、转变情况为:在700℃之前,亚酰胺环沿c-n键断裂,脱羰基反应,形成具有共轭腈基和异腈基的苯环型化合物,导致含氧量降低;在700℃之后发生杂环的合并,脱除残留的氮氧,形成连续巨大的芳杂环多环化合物,随后稠环芳构化,类石墨结构的六角碳网层面形成并逐渐生长。同时发现在700℃左右膜材的力学和电学性能出现转折点,这与膜材结构的转变相呼应。  影响石墨膜性能的因素  为了扩大研究,学者们不再局限于以pi商品膜为基膜,开始使用单体自主合成的pi膜,发现影响pi膜石墨化性能的因素主要有化学结构、分子取向和其他掺杂物质的催化作用。  分子结构  minagaki等选定kapton®和novax®两种配方的芳香族pi薄膜(如图1所示),经3000℃石墨化后,在液氮环境下垂直于各石墨膜表面施加1t磁场,通过测量横向磁阻来研究碳化过程中升温速率对最终石墨膜性能的影响。测量后发现kapton®膜的石墨化程度随升温速率的升高而升高,而novax®膜的结晶度在升温速率为2℃/min时最高,证明pi分子的构象变化是影响石墨结晶度的主要因素之一。  yhishiyama等研究发现,以1,2,4,5-均苯四甲酸二酐(pmda)、对苯二胺(pda)、3,3′,4,4′-二氨基联苯胺四盐酸(tab)为原料(如图2所示),制备的pi基膜(n(pmda)∶n(pda)∶n(tab)=25∶23∶1),在n2气氛中,通过红外辐射以2℃/min的升温速率加热至900℃,并在900℃保持1h;再在ar气氛中将碳膜夹在石墨板中以20℃/min的升温速率从1800℃加热至3200℃,并且每升温100℃保温30min,最终在3200℃时保温10min,发现石墨化质量与高度取向的热解石墨(hopg)相当。  ttakeichi等将不同的聚酰胺酸(paa)转化为聚酰胺酯,通过胺酯交换将其亚胺化后进行碳化-石墨化,探究不同pi前驱体结构对于碳化-石墨化的影响。结果表明,由pmda和pda制得paa再经酯化后制得的pi薄膜具有高石墨化性,并且石墨化膜的取向随酯化率的增加而增加;同时石墨膜的取向也受烷基酯的影响,聚酰胺酯酰亚胺化时具有更大的离去基团,pi膜阶段的拉伸模量更低,石墨化薄膜具有更高取向。而对于由3,3′,4,4′-联苯四羧酸二酐(bpda)和pda制得paa再经酯化后制得的pi薄膜,聚酰胺酯酰亚胺化时具有更大的离去基团,pi膜阶段的拉伸模量更高,石墨化薄膜也具有更高取向。对于由pmda和4,4′-二氨基二苯醚(oda)制得paa再经酯化后制得的pi薄膜用作前体时,转化为聚(酰胺酯)对石墨化薄膜的取向没有任何影响。  分子取向  zhongdh等研究了厚度为2~26μm由pmda和oda制备的pi膜在不同热处理温度下的石墨化行为。结果发现,pi基膜厚度越小,膜平面内取向度越大,制得的石墨膜结晶度越高。  vesmirnova等比较了3种厚度相近的刚性棒状结构的pi膜在paa阶段进行单拉和双拉预处理后对石墨化性能的影响。研究表明,在碳化-石墨化过程中,paa膜的有序晶体结构对形成高度石墨化膜起主要作用。均聚pi膜在paa阶段进行双轴预拉伸可提高膜的石墨结晶度和石墨化程度。单轴预拉伸处理的各类pi膜的磁阻在所有强度下均低于双轴预拉伸和未拉伸的pi膜,证明乱层结构在向石墨结构转化时,单轴预拉伸的膜结构缺陷多于双轴预拉伸和未拉伸的pi膜,导致其导电性能降低。  其他掺杂物质的催化作用  添加少量的催化剂是加速石墨化催化和提高石墨化程度的有效方法。常用的催化剂有金属、非金属及其化合物。  添加金属催化剂  hoka等基于pmda和oda制得的paa溶液,混合乙酰丙酮铁配合物的n,n-二甲基乙酰胺(dmac)溶液,得到含铁的paa溶液,通过热亚胺化制得pi-fe膜。在600~1200℃各个温度下通ar保温1h,将pi-fe和pi薄膜碳化。研究发现,在600~1200℃,铁促进了pi膜的碳化并提高了电导率,但在1200℃后,铁颗粒从顺磁过渡到铁磁,含铁碳膜和纯pi膜制得的碳膜电导率几乎相同。binyz等[29]实验表明paa亚胺化后得到的pi膜在镍的催化下,在1600℃碳化5h后检测到其晶体结构接近于完美的石墨晶体,镍颗粒的催化作用对于改善石墨化程度起着重要作用。  添加非金属及其化合物催化剂  硼能与碳置换形成固溶体,hkonno等对含硼官能团的pi薄膜在1200~2600℃进行碳化石墨化。研究发现b-n键在800℃左右形成,接着在1200℃时被打断并取代结构中的碳。由于碳原子之间的共价键断裂导致碳骨架重排,硼原子通过间隙扩散连接乱层中断键的碳原子,减小了碳层间距。虽然硼掺杂降低了石墨膜的层间距d002,但其碳化-石墨化后分子结构更为无序,不利于石墨结构的发展,同时硼原子的存在干扰了碳膜的导电性能。  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)纳米颗粒制备pi膜,分别在600、800、1000℃下碳化2h,研究发现pi膜的碳化主要发生了脱氧和脱氮反应。在2300℃石墨化2h后,随着sic纳米颗粒掺入量的增加,石墨化程度和晶体尺寸增加。引入3%的sic纳米颗粒时,石墨化膜的薄层方块电阻达到0.96ω。这些结果证实了sic纳米颗粒对pi膜的碳化-石墨化具有催化作用和增强作用。sic在高于1600℃时会发生晶体结构的转变,从β-sic转变成于α-sic,到2600℃时,sic发生分解反应,生成气态硅和易石墨化的碳,提高了材料的石墨化程度。  niuyg等在同一组份的paa中加入不同剂量的还原氧化石墨烯(rgo)悬浮液,制得不同rgo含量的rgo/paa复合膜,将纯pi膜和rgo/pi复合膜分别在n2下以10℃/min的升温速率升温并在1000℃和1600℃下保持2h,再在ar气氛下于2300℃保温2h制得石墨膜。实验结果表明,rgo含量为3%的石墨膜石墨化度为37.2%,证实了在rgo/pi复合膜的石墨化过程中,rgo片材具有明显的诱导作用。  石墨膜复合材料在导热方面的研究  表2为常用导热材料的相关参数对比。与其他导热材料相比,pi基膜制备的石墨膜材料具有密度小、质量轻、熔点高等优点,可以广泛应用于较多领域。但其仍存在许多问题:①热导率仍有待提高。  由表2可以看出,pi基膜制备的石墨膜材压延后热导率优于大部分导热材料,但层间空隙较大,对于其热导率的提高有很大的阻碍作用;②不耐弯折、韧性差。由于高温下化学键的断裂和再生成,非碳原子的离开造成了微观结构上的晶体缺陷,石墨膜的韧性降低,不耐弯折;③碳化石墨设备能耗高。碳化和石墨化的制备工艺不同,存在两次升温降温,具有能耗高、间歇性生产产量低等缺陷。  因此,将pi基膜与其他质轻、高导热的碳原材料复合制备石墨膜复合材料,为以上问题提供了新的凯发体育k8的解决方案。  以聚酰亚胺为主体材料制备石墨膜  liyh等将不同含量的氧化石墨烯(go)和rgo混入dmac溶液,以pmda和oda为反应单体制备paa,再在80℃的真空环境下放置2h挥发多余溶剂,然后分别在100、150、250、300℃下固化1h。在n2氛围中,将pi膜样品放入管式炉加热,分别在500、1000、1500℃温度下保温1h。结果表明,经过1500℃的碳化,2%go/pi复合膜制备的碳膜热导率为172.69w/(m·k),比2%rgo/pi复合膜制备的碳膜热导率提高了112%,比纯pi膜制备的碳膜热导率提高
02 2021-04

石墨烯是什么材料,看看这种说法

石墨烯是什么材料,以下看石墨烯厂家的专业介绍。石墨烯是一种二维晶体,人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的,石墨的层间作用力较弱,很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片。
02 2021-04

国检中心助力解决石墨烯行业疑难

石墨烯自问世起,凭借其强大的性能和潜力被世界各国提升到国家战略发展的高度,其发展水平与国家整体经济实力、科研投入以及资源禀赋具有高度相关性。但目前国内外对于石墨烯相关研究主要集中在其发展概况上,对当下石墨烯的技术研发、资本炒作、产品市场化中存在的问题颇多,石墨烯实现从样品、产品到商品这中间的转化过程非常困难,是石墨烯发展过程中的重大疑难问题。
12 2020-11

石墨烯公司有哪些?

目前,许多由有机材料制造的电子和光电子材料都具备良好的柔韧度,易于改变形状。与此同时,不易形变的无机化合物在制造光学、电气和机械元件方面展现出了强大的性能。但由于技术原因,二者却很难优势互补,功能优异的无机化合物半导体也因不易塑形的特点而遇到了发展障碍。
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