石墨烯的制備及工業應用分析

劉淵 王勤生 楊永強

(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院無錫分院， 江蘇 無錫 214174)

石墨烯的制備及工業應用分析

劉淵 王勤生 楊永強

(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院無錫分院， 江蘇 無錫 214174)

作為一種“超級材料”，石墨烯是新技術新產業革命的重要組成部分；其制備及工業應用發展，成為了大眾關注的焦點問題，也是材料基礎與應用領域重要的研究內容。在這樣的形勢背景下，對石墨烯的制備及工業應用進行一番深入的探究有著十分重要的科學意義與應用價值。因此，本文主要論述了石墨烯的制備流程，并結合具體的工業應用案例，對石墨烯的應用發展進行探究，并提出可行性建議或意見。

石墨烯；制備流程；工業應用；發展展望

石墨烯的制備及工業應用在這幾年里可謂是進入了“井噴式”的發展；據不完全統計，到2016年年底，我國已經申請了2200多項石墨烯專利技術，僅我國珠三角地區從事石墨烯研發、生產、應用等相關企業數量就超過400家。但與此同時，石墨烯的發展也面臨著市場選擇、技術創新發展等一系列問題，亟待解決；而在石墨烯的制備及工業應用發展中持續保障競爭力意義重大?；谶@樣的發展現狀及研究目標，本文就石墨烯的制備及工業應用這一問題從石墨烯的制備流程、石墨烯的工業應用案例分析以及石墨烯的應用發展展望等方面展開一番論述與剖析。

1 石墨烯的制備流程

石墨烯，有著性能優良和應用前景廣泛等特點；極大的促進了這一材料制備技術的快速發展。從2004年問世以來，石墨烯的制備主要發展了微機械剝離法、化學氣相沉淀CVD法、外延生長法和氧化石墨還原法這四種主要方法。每種制備方法在原理、工藝以及制備流程上存在不小的差異[1]。在本文的論述中，主要以氧化石墨還原法為例，對石墨烯的制備流程展開論述。

石墨還原法制備石墨烯，以其簡單的特點在實驗制備中得到了廣泛的推廣與應用。首先，用濃硫酸或者濃硝酸、高錳酸與石墨進行混合，達到均勻狀態；接著，在約40攝氏度下進行反應，持續約30分鐘左右；對所獲得的溶液進行稀釋，并通過加入約30%濃度的H2O2來除去高錳酸鉀，用10%左右濃度的稀鹽酸進行洗滌，最后在不高于30攝氏度下鼓風干燥，獲得黃色的氧化石墨固體；而第二步是對氧化石墨進行剝離。通過將氧化石墨研磨成粉放在微波下迅速加熱至500度的高溫，超聲剝離后與水合肼在85攝氏度下進行還原反應，從而獲得單層或多層石墨烯分散液。

2 石墨烯的工業應用案例分析

石墨烯作為一種特殊的納米級的“神奇材料”，在工業應用中得到了迅猛的發展。在傳感器領域、儲能和新型顯示領域、半導體材料領域以及生物醫學領域應用廣泛。許多學者對石墨烯的工程應用展開了分析與探究，其中，周超等人[2]就石墨烯在傳感器中的應用發展進行了總結：石墨烯具有體積小、表面積大、靈敏度高、響應時間快、電子傳遞快、能提升傳感器的各項性能，因而在傳感器中應用廣泛；陳成猛等人[3]對石墨烯在儲能和新型顯示領域中的應用進行了分析，研究結果表明：化學剝離石墨烯宏觀組裝體能夠在儲能和導熱領域取得更好的效果，值得推廣應用及深入發展探究；而在半導體材料領域，許多學者的的研究發現，石墨烯是替代硅的理想材料，在光互連和低功率光子集成電路領域具有廣泛的應用前景；除此之外，石墨烯在納米藥物運輸系統、生物檢測、生物成像、腫瘤治療等方面的應用廣闊；同時石墨烯的許多衍生物，比如基于石墨烯的實驗裝置能夠在蛋白檢測、DNA檢測等方面做出貢獻[4]。總的來說，石墨烯性能優良、應用廣泛[5]。

3 石墨烯的應用發展展望

雖然石墨烯，在許多領域取得了突出的成績，但是隨著研究的不斷深入以及市場需求的改變等因素，如何保障石墨烯探究與應用的持續高效性是發展過程中需要特別思考的問題。因此，本文就石墨烯的應用發展提出以下幾點建議：

(1)加大關于石墨烯及其衍生物的基礎理論及實踐應用探究，優化石墨烯的制備與應用流程。石墨烯作為超級材料，應用廣泛，但目前還有許多問題需深入探究，只有更加完善的理論技術體系支持，才能夠為石墨烯的應用提供強有力的保障。(2)理性看待石墨烯及相關產業的發展，持續高效的做好石墨烯的技術研究及應用規劃。石墨烯的優良性能促使大批企業加入到石墨烯的研制及生產大軍中，但許多企業并不具備相關技術及資歷，而石墨烯的發展，只有更加的合理科學化，才能夠更加長期有效。(3)完善石墨烯發展與管理機制，大力推進石墨烯產業化生產的進程。眾所皆知，在過去的幾年中，石墨烯已經成為國內外備受矚目的前沿和熱點，在材料、能源、環境等方面取得了卓越的發展及成果，但大多局限于實驗室制備與應用，離工業化生產還有很大的差距。因此，深入探究，加快工業生產進程意義重大。

3 結語

石墨烯，在制備及工業應用上還需許多問題需要深入探究，雖然成果豐碩、應用前景廣泛被看好，但發展之路仍是任重而道遠。只有在發展的過程中，以技術手段深入探究為基礎，不斷完善制備工藝，持續穩定的推進工業應用，那么就一定能夠取得更大的突破與成功。

[1]楊林,王天華,易莎莎,等.國內外石墨烯應用研究發展與展望[J].化學工程與裝備,2015,(9):164-165.

[2]周超,陳思浩,樓建中,等.石墨烯在傳感器中的應用研究進展[J].材料導報,2014,(S1):15-20.

[3]陳成猛,孔慶強,張興華,等.化學剝離石墨烯宏觀組裝體在儲能和導熱領域的應用[C]// 全國新型炭材料學術研討會.2013.

[4]王義.石墨烯的模板導向制備及在電化學儲能和腫瘤靶向診療方面的應用[D].復旦大學,2014.

[5]陳冠雄,談紫琪,趙元,等.面向能源領域的石墨烯研究[J].中國科學:化學,2013,(6):704-715.