大國院士 第四百六十七章：讓人驚艷的製備方式！

    石墨烯的工業化批量化生產在如今其實並不是什麼難題。

    氧化石墨還原法、微機械剝離法、化學氣相沉積法、外延生長等方法其實都已經做到了能夠實現一定程度的批量化生產。

    但這些方法製造出來的石墨烯，一方面是品質不高，另一方面則是製造出來的石墨烯受污染程度較高。

    比如氧化石墨烯還原法，製備出來的石墨烯需要經高溫還原，而在這一過程中，還原不徹底會導致石墨烯和氧化石墨烯共存，也會導致石墨烯中摻雜其他的雜質。

    而如果使用真空爐進行還原，花費又太高。

    這就導致了這種辦法目前只能製造一些低品質的石墨烯。

    而這類型的石墨烯，基本無法用於高性能電子器件、能源存儲、醫學等領域，一般來說，這類摻雜了雜質和受污染的石墨烯，主要去處是建築、吸附劑、海水淡化、複合材料等基礎領域。

    但是這些領域對石墨烯的需求量其實並不大，畢竟石墨烯哪怕是品質再低，它也是石墨烯，價格也比原行業使用的技術和材料要昂貴不少。

    高品質的石墨烯，才是需求量大的領域。

    無論是電子器件、感光元件還是航空航天等領域，對於高品質的石墨烯的缺口，一直都存在。

    但是高品質的石墨烯工業化批量生產，是一個異常難以解決的領域。

    沒辦法，高品質的石墨烯生產過程太複雜了。

    首先製造高品質石墨烯，需要先製備高品質的單層石墨烯。

    而高品質的單層石墨烯，目前來說，幾乎都受限於CVD設備的腔體尺寸，現有CVD方法並不能實現單層石墨烯的連續製備。

    雖然在這一領域，某個已經開始偷摸着向大海中排放核污水的國家展示過『所謂』的長達100米的石墨烯，但是材料表面破洞很多，完全不堪使用。

    而且CVD石墨烯的連續製備技術以及產品良率問題，目前都還沒有解決好。

    其次，高質量的石墨烯轉移方法是個很難解決的問題，常用的濕法刻蝕轉移，往往帶來褶皺、雜質、破損等問題，難以實現大批量的轉移。

    最後則是前兩者的結合。

    即實現CVD石墨烯的連續化製備和轉移，兩者匹配對接，形成自動化的生產技術。

    在前兩個困難沒有解決的情況下時，高品質的石墨烯製造可以說是看不到什麼出路的。

    其實如何評價一個新技術，尤其是材料科學的技術，本身就是很不容易的事情。

    它需要很多的配套條件才可以。

    事實上，很多的材料科學技術成果，需要花一半的精力在後面的純粹應用測試方面。

    而這個工作室需要大量的投入的，在沒有足夠的資本支持和下游應用支持，基本是沒戲的。

    石墨烯雖說有下游廠商支持，但它的製造和應用是個很困難的問題。

    所以徐川才對川海材料研究所這邊研究出來的批量生產高品質的石墨烯很感興趣。

    「去我辦公室說吧，這邊實驗要到下午三點左右才能出結果，不過相關的生產方式和步驟我昨天都粗略的整理出來了。」

    樊鵬越摘下實驗手套，帶着徐川來到了他的辦公室。

    打開電腦，解鎖，他從計算機中調出一份資料文檔，點開後說道：「資料還沒來得及打印出來，你先將就着用電腦看看吧。」

    徐川也沒在意，接過位置坐了下來，認真的翻閱着面前的資料。

    從資料上來看，這種製備高品質石墨烯的方式，是從19年下半年的時候意外發現的那種LIBs電池中，回收石墨製備石墨烯的辦法中拓展而來的。

    19年的時候，研究所鋰硫電池實驗室一名叫做『閻流』的研究員，在進一步優化鋰電池的時候，使用了水合肼、熔融鹽氫氧化物、正極廢棄集流體鋁箔等材料作為還原劑，試圖對對LiFePO4正極進行改性，提高鋰電池電化學性能和循環穩定性。

    但預想中的優化並沒有達成，不過意外的是，在對實驗失敗的產品進行產測時，閻流發現了附着在負極上的一層碳薄膜。

    經過檢測後，才確認這是一層較高純度的石墨烯薄膜材料。

    這種新型的化學合成方式，其石墨負極在經過電化學循環後，經過化學氧化後得到分散均勻的氧化石墨烯。

    然後再通過氧化劑和還原劑的使用，使得氧化石墨烯還原成石墨烯。

    這種方式合成的石墨烯純度較高，其相對而言較為純淨無污染。

    當然，它的缺點也有不少。

    比如還原氧化石墨烯會涉及到對環境不友好，且價格昂貴的氧化劑和還原劑的使用，同時由於化學反應也會破壞石墨烯薄膜材料結構的整體性。

    此外石墨烯的轉移，也是極為困難的事情。

    缺點不少，但這依舊是一個極為值得探索的方向。

    這件事在當時就引起了徐川的注意，只不過那時候因為在忙碌可控核聚變工程上的事情，他沒法抽出時間來深入研究，只能將這事交給川海材料研究所自己。

    一年半多的時間過去，結合研究所的計算材料模型，這種合成高純度的石墨烯薄膜材料的方式有了大幅度的提升。

    眾所周知，高品質石墨烯的合成方式難點有三個。

    從高純度的單原子層石墨烯層連續合成，到薄膜的轉移，以及連續的工業化都是極其困難的事情。

    而經過這一年半的摸索，材料實驗室改進了這種新型電化學合成方式。

    首先是對原本的LiFePO4電池的負極材料石墨烯進一度高純度的優化。

    使用純度在百分之九十九點九九九以上高純度合成石墨來代替原本的電池負極石墨材料。

    畢竟LiFePO4電池的負極雖然使用的是石墨，但為了提升電池性能，並不是高純度的石墨，參有雜質。

    而這些雜質數量雖然不多，但同樣會在合成石墨烯的過程中影響石墨烯的品質。

    當然，這並不是關鍵。

    這種電化學合成石墨烯的方式，關鍵問題在於需要進行氧化還原，以及合成的石墨烯轉移上。

    後者還算好解決，無論是外界的微波轉移，還是液相剝離法都可以實現，只不過效率不高，會出現殘次品等問題。

    而前者，針對氧化石墨烯的還原，就一直都是工業界的難題了。

    氧化石墨烯的還原劑雖然有多種選擇，從肼和肼衍生物、到硼氫化鈉等金屬氫化物、強酸、強鹼、醇類、酚類、維生素C、還原性糖(葡萄糖、殼聚糖等)等都能做。

    但無論是哪一種，都有着各自的缺點。

    比如使用一些酸還石墨烯會導致單層石墨烯結構因受到π-π相互作用而團聚、堆積，導致比表面積縮小，電阻增大，性能大幅降低等問題。

    從而限制了其應用前景。

    亦或者使用肼或者肼衍生物進行還原，得到的石墨烯雖然盡解決了產物的團聚現象，但是也使得經還原得到的石墨烯中引入了C-N鍵，造成了污染。

    而且使用的水合肼的毒性很大，並不適合使用在大規模生產，工業，以及在生物醫藥當中。

    所以徐川對於川海材料研究所到底是怎麼解決這個問題的很是好奇。

    順着文檔資料，徐川繼續往下看去。

    在氧化石墨烯的還原法總結中，他看到了川海材料研究所還原氧化石墨烯的方式。

    「.採用不同的薄膜組裝方法將氧化石墨烯修飾於特定的電極基底上，得到經氧化石墨烯修飾後的電極，隨後以此修飾電極作為經典三電極電解體系的工作電極在特定電解質溶液中進行電解反應，從而實氧化石墨烯薄膜的還原。」

    「電化學還原法？」

    看到這種方式，徐川愣了一下。

    他原本以為實驗室這邊是找到了一種新型的還原劑，卻沒想到他們直接脫離了還原劑的限制，使用了另類的電化學方式。

    【等將氧化石墨烯在去離子水中超聲1h，然後將其修飾在導電玻璃基底上，通過擴展循環伏安法(CV，-1.0～1.0 V，相對於可逆氫電極)在0.1 mol/L的Na2SO4溶液中與Hg/Hg2SO4和Pt電極作為參考電極和對比電極的標準三電極電池中發生電化學反應以還原氧化石墨烯。】

    【通過X射線光電子能譜(XPS)測試-0.75 V時的還原峰和比電容的值來實現檢測和控制氧化石墨烯的還原度。】

    【進一步配合電化學沉積的方法將氧化石墨烯修飾在導電的玻璃基底上，隨後與玻碳電極一起配對在0.1 mol/L的溶液中，進行0～-0.1 V強度的掃描，可以得到位於基底上的薄膜。】

    【.】

    資料算不上很詳細，甚至就連那些電鏡結構圖什麼都沒有，但足夠徐川了解清楚他們到底是怎麼做到的了。

    不得不說，這是一種另闢蹊徑異常巧妙的方式。

    如今材料界對於氧化石墨烯的還原與石墨烯的製備，一直都在考慮如果通過還原劑或者催化劑來搭乘。

    儘管已經在研究微波還原、水熱還原法、催化還原等方式、但這些實際上並沒有脫離還原劑與催化劑的限制。

    而這種通過電化學還原的方式，直接繞開了還原劑與催化劑影響。

    且不提它的效率如何，但是沒有了還原劑和催化劑這些添加劑，還原後的石墨烯純度無疑是相當高的。

    畢竟在還原的過程中，他已經沒有了其他外來添加劑的影響。

    PS：晚上還有一章，求月票。月底了，大佬們手中的月票投投吧！~o(=∩ω∩=)m喵！

    感謝讀者大佬Dp連續的打賞，感謝曹面子大佬1500點的打賞，感謝順其自然2023大佬1500點打賞，感謝星空邁克爾100點打賞，感謝唐墨銘大佬100點打賞，謝謝各位大佬，喵(‵▽′)ψ

    一筆閣 www.pinbige.com