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新方法突破等離子體制備石墨烯技術瓶頸
2019-12-23 17:12
來源:中國科學報 楊凡
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  中國科學技術大學教授夏維東研究團隊與合肥碳藝科技有限公司合作,提出新方法,突破了熱等離子體工藝高能耗、產品均勻性低和生產穩定性不足的技術瓶頸,有望實現大規模連續生產。該研究成果近期以兩篇論文的形式發表于《碳》。

  目前通常采用射頻感應加熱和微波加熱等離子體制備石墨烯,性能不佳、能耗高且難以工業化應用。熱等離子體熱解碳氫化合物合成石墨烯,由于等離子體電導率隨著溫度增加迅速上升,導致電弧自動收縮到很小的范圍,對于合成石墨烯要求的毫秒級反應時間,難以實現均勻加熱,產品均勻性差。

  該研究探究了等離子參數、原料氣體組成與納米石墨烯形態、層數及缺陷之間的關系,同時揭示了產生高純度石墨烯所需工藝條件,為產品生產控制提供了理論指導。結合等離子體反應器流場溫度場的數值模擬和化學反應動力學計算,研究團隊提出石墨烯可能的形成機理:低碰撞頻率的成核前驅體有利于形成片層核心,并在富氫和高溫的等離子體環境中保持平面生長。

  采用課題組研制的磁分散電弧產生大面積均勻等離子體的技術,解決了等離子體對物料快速均勻加熱問題。所制備的石墨烯表現出良好的晶體結構和超大的比表面積,產品均勻性好;制備方法及設備簡單,一步合成,無需還原,且無需基底、催化劑、溶液或酸。新方法效率高、能耗低,具備低成本大規模連續生產前景。


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