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   第5版:中国石化报05版
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制备技术多样且已初具产业规模

2025年06月11日 来源: 中国石化报  作者:
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    石墨烯的制备技术多样,主要包括机械剥离、化学氧化还原、化学气相沉积(CVD)和物理法液相剥离等。机械剥离法可获得高质量的单层石墨烯,但产量低、成本高,难以实现规模化生产;化学氧化还原法通过氧化石墨生成氧化石墨烯,再还原为石墨烯,工艺简便、成本较低,但产物中常含有缺陷,影响其电学性能;CVD法可在金属基底上生长大面积高质量石墨烯,适用于电子器件制造,但设备投资大、工艺复杂;物理法液相剥离利用超声波或剪切力将石墨剥离成石墨烯,具有成本低、工艺简单、易于规模化等优点,适合大批量生产。

    液相剥离技术的原理是通过超声波或高剪切力将石墨层间的范德华力破坏,使其剥离成单层或少层石墨烯。该方法操作条件温和,无须高温高压,设备简单,适合大规模生产。然而,传统的超声波辅助液相剥离存在能耗高、产率低的问题。为提高效率,研究者开发了高剪切混合、微流体化等新型剥离技术,并通过优化溶剂体系、引入表面活性剂等手段,提升石墨烯的剥离效率和稳定性。此外,功能化处理也有助于改善石墨烯的分散性和应用性能。

    全球石墨烯产业链可分为上游、中游和下游三个环节。上游主要包括石墨原料的开采和供应;中游涉及石墨烯的制备和功能化处理;下游则涵盖电子、能源、复合材料、生物医疗等应用领域。在国际市场上,中国、美国、韩国、英国等国家在石墨烯产业中占据重要地位。例如,英国的Paragraf公司专注于高质量石墨烯晶圆的生产,推动其在半导体和生物传感器领域的应用;俄罗斯的OCSiAl公司是全球最大的石墨烯纳米管制造商,拥有工业规模的合成技术,产品广泛应用于电池、涂料等领域;英国的Levidian Nanosystems公司利用生物气体废弃物生产高质量石墨烯,实现了资源的高效利用。

    我国的石墨烯产业发展迅速,已初具规模,形成了常州、宁波等产业聚集区。常州的二维碳素、宁波的墨睿科技等企业在石墨烯制备和应用方面具有较强的竞争力。此外,产业联盟和技术平台的建立也促进了资源整合和技术创新。然而,我国石墨烯产业仍面临标准不统一、下游应用渗透率低等挑战。为解决这些问题,需要加强标准体系建设,推动高质量产品的研发,拓展下游应用市场,提升整体产业竞争力。

 

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