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已認(rèn)證
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行星球磨機(jī)目前在整個(gè)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域具有較為廣泛的應(yīng)用,最為典型的如陶瓷,鋰電,石墨烯,導(dǎo)電陶瓷,磁性材料,生物提取等等都是屬于基礎(chǔ)設(shè)備.但是每個(gè)材料不同,在行星球磨機(jī)的方案選擇里也是有著截然不同的選擇,如石墨烯在行星球磨機(jī)的選型就區(qū)別與陶瓷和鋰電新材料,在選型之前,我們必須對石墨烯要做一些了解.
石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性,在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是一種未來革命性的材料。 英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯,因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯常見的粉體生產(chǎn)的方法為機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法,薄膜生產(chǎn)方法為化學(xué)氣相沉積法(CVD)。
這以后,制備石墨烯的新方法層出不窮。2009年,安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)及常溫條件下的量子霍爾效應(yīng),他們也因此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前,大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為,熱力學(xué)漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以,它的發(fā)現(xiàn)立即震撼了凝聚體物理學(xué)學(xué)術(shù)界。雖然理論和實(shí)驗(yàn)界都認(rèn)為完美的二維結(jié)構(gòu)無法在非絕對零度穩(wěn)定存在,但是單層石墨烯能夠在實(shí)驗(yàn)中被制備出來。
2018年3月31日,中國首條全自動(dòng)量產(chǎn)石墨烯有機(jī)太陽能光電子器件生產(chǎn)線在山東菏澤啟動(dòng),該項(xiàng)目主要生產(chǎn)可在弱光下發(fā)電的石墨烯有機(jī)太陽能電池(下稱石墨烯OPV),破解了應(yīng)用局限、對角度敏感、不易造型這三大太陽能發(fā)電難題。
2018年6月27日,中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布新制訂的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《含有石墨烯材料的產(chǎn)品命名指南》。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了石墨烯材料相關(guān)新產(chǎn)品的命名方法。
編輯
機(jī)械剝離法
機(jī)械剝離法是利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對運(yùn)動(dòng),得到石墨烯薄層材料的方法。這種方法操作簡單,得到的石墨烯通常保持著完整的晶體結(jié)構(gòu)。2004年,英國兩位科學(xué)使用透明膠帶對天然石墨進(jìn)行層層剝離取得石墨烯的方法,也歸為機(jī)械剝離法,這種方法一度被認(rèn)為生產(chǎn)效率低,無法工業(yè)化量產(chǎn)。 雖然這種方法可以制備微米大小的石墨烯,但是其可控性較低,難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模合成。
氧化還原法
氧化還原法是通過使用硫酸、硝酸等化學(xué)試劑及高錳酸鉀、雙氧水等氧化劑將天然石墨氧化,增大石墨層之間的間距,在石墨層與層之間插入氧化物,制得氧化石墨(Graphite Oxide)。然后將反應(yīng)物進(jìn)行水洗,并對洗凈后的固體進(jìn)行低溫干燥,制得氧化石墨粉體。通過物理剝離、高溫膨脹等方法對氧化石墨粉體進(jìn)行剝離,制得氧化石墨烯。最后通過化學(xué)法將氧化石墨烯還原,得到石墨烯(RGO)。這種方法操作簡單,產(chǎn)量高,但是產(chǎn)品質(zhì)量較低。氧化還原法使用硫酸、硝酸等強(qiáng)酸,存在較大的危險(xiǎn)性,又須使用大量的水進(jìn)行清洗,帶大較大的環(huán)境污染。
使用氧化還原法制備的石墨烯,含有較豐富的含氧官能團(tuán),易于改性。但由于在對氧化石墨烯進(jìn)行還原時(shí),較難控制還原后石墨烯的氧含量,同時(shí)氧化石墨烯在陽光照射、運(yùn)輸時(shí)車廂內(nèi)高溫等外界每件影響下會(huì)不斷的還原,因此氧化還原法生產(chǎn)的石墨烯逐批產(chǎn)品的品質(zhì)往往不一致,難以控制品質(zhì)。
取向附生法
取向附生法是利用生長基質(zhì)原子結(jié)構(gòu)“種”出石墨烯,首先讓碳原子在1150℃下滲入釕,然后冷卻,冷卻到850℃后,之前吸收的大量碳原子就會(huì)浮到釕表面,最終鏡片形狀的單層的碳原子會(huì)長成完整的一層石墨烯。第一層覆蓋后,第二層開始生長。底層的石墨烯會(huì)與釕產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用,而第二層后就幾乎與釕完全分離,只剩下弱電耦合。但采用這種方法生產(chǎn)的石墨烯薄片往往厚度不均勻,且石墨烯和基質(zhì)之間的黏合會(huì)影響碳層的特性。
碳化硅外延法
SiC外延法是通過在超高真空的高溫環(huán)境下,使硅原子升華脫離材料,剩下的C原子通過自組形式重構(gòu),從而得到基于SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質(zhì)量的石墨烯,但是這種方法對設(shè)備要求較高。
赫默法
通過Hummer法制備氧化石墨;將氧化石墨放入水中超聲分散,形成均勻分散、質(zhì)量濃度為0.25g/L~1g/L的氧化石墨烯溶液,再向所述的氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為28%的氨水;將還原劑溶于水中,形成質(zhì)量濃度為0.25g/L~2g/L的水溶液;將配制的氧化石墨烯溶液和還原劑水溶液混合均勻,將所得混合溶液置于油浴條件下攪拌,反應(yīng)完畢后,將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
化學(xué)氣相沉積法
化學(xué)氣相沉積法即(CVD)是使用含碳有機(jī)氣體為原料進(jìn)行氣相沉積制得石墨烯薄膜的方法。這是目前生產(chǎn)石墨烯薄膜最有效的方法。這種方法制備的石墨烯具有面積大和質(zhì)量高的特點(diǎn),但現(xiàn)階段成本較高,工藝條件還需進(jìn)一步完善。由于石墨烯薄膜的厚度很薄,因此大面積的石墨烯薄膜無法單獨(dú)使用,必須附著在宏觀器件中才有使用價(jià)值,例如觸摸屏、加熱器件等。
低壓氣相沉積法是部分學(xué)者使用的,其將單層石墨烯在Ir表面上生成,通過進(jìn)一步研究可知,這種石墨烯結(jié)構(gòu)可以跨越金屬臺階,連續(xù)性的和微米尺度的單層碳結(jié)構(gòu)逐漸在Ir表面上形成。 毫米量級的單晶石墨烯是利用表面偏析的方法得到的。厘米量級的石墨烯和在多晶Ni薄膜上外延生長石墨烯是由部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)的,在1000℃下加熱300納米厚的Ni 膜表面,同時(shí)在CH4氣氛中進(jìn)行暴露,經(jīng)過一段時(shí)間的反應(yīng)后,大面積的少數(shù)層石墨烯薄膜會(huì)在金屬表面形成。
四大應(yīng)用
石墨烯(Graphene)又稱單層墨,是一種新型的二維納米材料,是目前發(fā)現(xiàn)的硬度最高、韌性最強(qiáng)的納米材料。因其特殊納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能,石墨烯在電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、儲能和傳感器等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊,被公認(rèn)為21世紀(jì)的“未來材料”和“革命性材料”。石墨烯相關(guān)專利開始呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(2010 年353 件,2012年達(dá)1829 件)??傮w看來,石墨烯技術(shù)開始進(jìn)入快速成長期,并迅速向技術(shù)成熟期跨越。全球石墨烯技術(shù)研發(fā)布局競爭日趨激烈,各國的技術(shù)優(yōu)勢正在逐步形成。
石墨烯出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中是在2004年,當(dāng)時(shí),英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈;杰姆和克斯特亞;諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片,然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上,撕開膠帶,就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作,于是薄片越來越薄,最后,他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片,這就是石墨烯。這以后,制備石墨烯的新方法層出不窮,經(jīng)過5年的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn),將石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時(shí)不遠(yuǎn)了。因此,兩人在2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域
中科院近期發(fā)布的一份報(bào)告指出,石墨烯的研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展持續(xù)升溫,從石墨烯專利領(lǐng)域分布來看,其應(yīng)用技術(shù)研究布局熱點(diǎn)包括:石墨烯用作鋰離子電池電極材料、太陽能電池電極材料、薄膜晶體管制備、傳感器、半導(dǎo)體器件、復(fù)合材料制備、透明顯示觸摸屏、透明電極等。主要集中在如下四個(gè)領(lǐng)域:
(一) 傳感器領(lǐng)域。
石墨烯因其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)在傳感器中有廣泛的應(yīng)用,具有體積小、表面積大、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快、電子傳遞快、易于固定蛋白質(zhì)并保持其活性等特點(diǎn),能提升傳感器的各項(xiàng)性能。主要用于氣體、生物小分子、酶和DNA 電化學(xué)傳感器的制作。新加坡南洋理工大學(xué)開發(fā)出了敏感度是普通傳感器1000 倍的石墨烯光傳感器;美國倫斯勒理工學(xué)院研制出性能遠(yuǎn)超現(xiàn)有商用氣體傳感器的廉價(jià)石墨烯海綿傳感器。
(二) 儲能和新型顯示領(lǐng)域。
石墨烯具有極好的電導(dǎo)性和透光性,作為透明導(dǎo)電電極材料,在觸摸屏、液晶顯示、儲能電池等方面有很好的應(yīng)用。石墨烯被認(rèn)為是觸摸屏制造中最有潛力替代氧化銦錫的材料,三星、索尼、輝銳、3M、東麗、東芝等龍頭企業(yè)均在此領(lǐng)域作了重點(diǎn)研發(fā)布局。美國德州大學(xué)奧斯汀分校研究人員利用KOH對石墨烯進(jìn)行化學(xué)修飾重構(gòu)形成多孔結(jié)構(gòu),得到的超級電容的儲能密度接近鉛酸電池。密歇根理工大學(xué)科學(xué)家研發(fā)出一種獨(dú)特蜂巢狀結(jié)構(gòu)的三維石墨烯電極,光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.8%,且價(jià)格低廉,有望取代鉑在太陽能電池中的應(yīng)用。東芝公司研發(fā)出石墨烯與銀納米線復(fù)合透明電極,并實(shí)現(xiàn)了大面積化。
(三) 半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。
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石墨烯被認(rèn)為是替代硅的理想材料,大量有實(shí)力的企業(yè)均開展了石墨烯半導(dǎo)體器件的研發(fā)。韓國成均館大學(xué)開發(fā)出了高穩(wěn)定性n型石墨烯半導(dǎo)體,可以長時(shí)間暴露在空氣中使用。美國哥倫比亞大學(xué)研發(fā)出石墨烯-硅光電混合芯片,在光互連和低功率光子集成電路領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。IBM 的研究人員開發(fā)出了石墨烯場效應(yīng)晶體管,其截止頻率可達(dá)100GHz,頻率性能遠(yuǎn)超相同柵極長度的最先進(jìn)硅晶體管的截止頻率(40GHz)。
(四) 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
石墨烯及其衍生物在納米藥物運(yùn)輸系統(tǒng)、生物檢測、生物成像、腫瘤治療等方面的應(yīng)用廣闊。以石墨烯為基層的生物裝置或生物傳感器可以用于細(xì)菌分析、DNA 和蛋白質(zhì)檢測。如美國賓夕法尼亞大學(xué)開發(fā)的石墨烯納米孔設(shè)備可以快速完成DNA 測序。石墨烯量子點(diǎn)應(yīng)用于生物成像中,與熒光體相比具有熒光更穩(wěn)定、不會(huì)出現(xiàn)光漂白和不易光衰等特點(diǎn)。石墨烯在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究雖處于起步階段,但卻是產(chǎn)業(yè)化前景最為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域之一。
在以上的資料里我們了解到石墨烯的敏感度決定了最后的發(fā)揮性能,在敏感度中有個(gè)較為重要的參數(shù)既為粉體的細(xì)度和均勻度,行星球磨機(jī)的工作原理是自傳圍繞著工作在做運(yùn)動(dòng),罐體內(nèi)的粉體與球都是做著同樣比例的能量輸出,在這點(diǎn)上完全符合了石墨烯的均勻度問題,而細(xì)度問題則需要在了解粉體的進(jìn)料顆粒度后再去根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求來選擇不同比例的研磨球配比,北京石墨烯研究院作為國內(nèi)專業(yè)領(lǐng)域研究石墨烯的一個(gè)科研院所,在行星球磨機(jī)的選型方案一直與本公司有著密切的合作,經(jīng)過雙方不停的努力之下,石墨烯被最大化的開發(fā)了它的較高性能.
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