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姑苏再论道丨低维碳纳米材料未来发展方向


来源:中国粉体网   墨玉

[导读]  继2018年4月成功召开了“2018低维碳纳米材料制备及应用技术交流会”后,2019年6月4-5日由中国粉体网、江苏省纳米技术产业创新中心联合主办的“2019第二届低维碳纳米材料制备及应用技术高峰论坛”在苏州如期举行。

中国粉体网讯  继2018年4月成功召开了“2018低维碳纳米材料制备及应用技术交流会”后,2019年6月4-5日由中国粉体网、江苏省纳米技术产业创新中心联合主办的“2019第二届低维碳纳米材料制备及应用技术高峰论坛”在苏州如期举行。本次论坛邀请了十几位低维碳纳米材料行业的领军人物于“姑苏再论道”,吸引了行业内专家、学者、技术人员以及企业代表共计200余人齐聚苏州!




©Ma Qianqian/Cnpowder.com.cn

会议现场


低维碳纳米材料的制备


毋伟教授在报告中提到在充分分析了之前的石墨烯制备方法优缺点的基础上,结合国内外最新文献,创新性地采用亲水性的石墨衍生物,如:碳量子点、石墨烯量子点、氧化石墨、氧化石墨烯、磺化石墨等为添加剂,在水相中高速剪切石墨,制备亲水性的复合石墨烯纳米片,并成功实现了中试。这些亲水性的复合石墨烯纳米片可以通过简单的后处理得到石墨烯纳米片,也可以直接作为产品用。其突出优点是相对于纯石墨烯,它具有亲水性和可功能化性;相对于石墨烯衍生物,它又具有一定的导电性。同时相比于边缘氧化和表面修饰得到的亲水性石墨烯,又具有制备工艺简单,易产业化的特点,具有独特性。


郭鸣明教授介绍了石墨烯量子点的突出优点,潜在应用,发展所面临的严峻问题以及生长机理的探究。还介绍了一锅法制备多色碳量子点,并表示一锅法速度快、易监测、易分离、可调控。石墨烯量子点分离提纯5种分离方法:快速CCD荧光光谱;TLC;色谱分离;电泳分离;分子印迹整体柱分离。


将碳纳米材料,添加填充到聚酰亚胺材料中,制备出复合材料,能够很大程度上提升聚酰亚胺复合材料的各方面性能(力学、热学、电学等性能),以进一步满足和提升随着高新科技发展而带来的产品对材料性能的新要求。周忠福教授介绍了近年来国内外有关碳纳米材料及其衍生物改性聚酰亚胺制备复合材料的研究进展,重点阐述了复合材料的制备方法及性能,最后对复合材料的发展趋势和应用前景进行了展望。


王纲博士介绍了石墨烯的一些基本概念,石墨烯/高分子复合材料制备工艺,并对三种工艺进行了对比。




郑应福副院长介绍了圣泉石墨烯的2种宏量制备工艺。①生物质石墨烯:以生物质为原料,采用基于基团配位组装析碳原理制备的石墨烯复合炭材料。产品特点是导电、散热、远红外、抗菌抑菌、防腐,主要应用于功能纤维、复合材料、涂料;②化学剥离法石墨烯:以石墨为原料采用化学插层剥离法制备的高导电型石墨烯。产品特点是高导电性,105S/m,散热、润滑。应用领域包括导电添加剂、油墨、散热、润滑等。


包覆无定型炭是一种常用的提高电极材料导电性和稳定性的方法。石墨化炭层具有更好的导电性和机械强度,是一种更理想的包覆层,但是石墨化炭的形成温度较高,而大部分活性物质在高温下难以稳定。何海勇研究员及其团队开创性地利用SiO2作为稳定剂和催化剂,成功地将石墨化炭包覆在过渡金属化合物纳米纤维表面,并同时在纳米纤维内部形成无定型炭导电网络,获得一种具有高导电性和高柔韧性的纳米纤维柔性电极。突破了在过渡金属活性材料表面包覆石墨化炭的技术瓶颈,同时解决了电化学循环过程中活性材料的体积膨胀和导电性差等问题,极大地提高了电极的循环稳定性和储锂容量。


耿宏章教授介绍了他近来所专注的碳纳米管柔性导电薄膜的研究成果,从碳纳米管的种类、纯化、分散、成薄、后处理等方面探讨了提高薄膜导电性的方法,以及在有机发光器件OLED中的应用、存在的问题和解决方法。对碳纳米管薄膜的研究推广和应用于OLED器件的进一步研究和应用提供了宝贵的参考价值。


低维碳纳米材料的应用


超级电容器是一种高功率、长循环寿命的电化学储能器件,而炭材料是其中的核心电极材料,其中以电容炭和石墨烯最受瞩目。陈成猛研究员及其团队一方面以生物质、高分子和煤炭等为原料,制备了一系列结构可控可调的多孔炭材料,建成十吨级生物质基电容炭中试线。另一方面以石墨为原料,采用氧化还原法,实现了石墨烯的吨级中试生产。并将自主开发的电容炭和石墨烯复合形成炭电极,应用于卷绕式和叠片式超级电容器件,并形成电动车和光伏照明等应用示范,打通了“料-材-器-用”创新链。




孙晓刚教授介绍了晶须碳纳米管及其应用,晶须碳纳米管氧化温度700℃以上,稳定性极佳。将晶须碳纳米管分散液分散在正负极中,碳纳米管和晶须碳纳米管分散在正极材料中进行了对比实验。实验结果表明,添加1%晶须碳纳米管石墨负极容量提高35%。




丁古巧研究员介绍了一系列石墨烯材料定制方案,包括:纯石墨烯纤维用大尺寸石墨烯,石墨烯改性纤维用小尺寸石墨烯,量子点用于肿瘤和干细胞标记,GO/rGO生产线方案,机械剥离石墨烯中试线,机械剥离石墨烯生产线,电化学可控制备石墨烯,百克级石墨烯量子点。还介绍了石墨烯改性纤维的一些应用。


长期污染水体治理形势严峻,而石墨烯理论上具备良好的水处理材料条件。顾宝珊教授的报告介绍了如何将石墨烯材料应用于污水处理,包括:石墨烯材料及其在水处理领域应用;中国钢研石墨烯应用领域开展的工作与成果;石墨烯材料技术治理黑臭水体、富营养化水体与水环境生态修复工程应用;石墨烯材料技术治理黑臭水体、富营养化水体与水环境生态修复的特点。


沈炎宾副研究员介绍了一种高性能锂碳复合材料的研究进展。此锂碳复合材料合成简单且易放大,并展示了很好的电化学特征。他们制备的锂碳纳米管球复合物(Li-CNT)的放电容量达2000mAh g-1,和磷酸铁锂做成全电池测试得到库伦效率90.1%。进一步,不同的碳材料复合的体系可以提高材料的放电容量,降低的锂成核过电势,其库伦效率高达98.7%。最后,对所得的Li-CNT复合材料进行处理,使其可在空气中及一些有机溶剂中稳定存储,这不仅大大提高了其可加工性,而且使得此锂碳材料可以用涂布的方法制备负极片。所涂布的锂碳负极极片与磷酸铁锂装成全电池测得库伦效率达99.2%。


孙海燕博士的研究工作是针对常规纤维存在的功能不足和单一化等缺点,通过将单层高质量石墨烯与传统涤纶相结合,以实现复合纤维高性能、多功能化为目标。在前期研发基础上,解决了适合聚合的单层石墨烯的规模化制备,大规模生产过程中石墨烯与聚合物基体有效结合和良好分散的问题,并逐步解决在原料制备、原位聚合、纺丝、后处理、织造等多个步骤中可能出现的种种问题。


李雪冰博士介绍了颗粒检测在石墨烯领域的最新进展和应用,产业化的实施中,过程怎么控制。电镜是一种不可或缺的检测手段,可以判定石墨烯层数,但是如果要测量悬浮液中的纳米怎么办?可以考虑动态光散射。李雪冰博士系统地讲述了当前颗粒检测在石墨烯领域的最新进展和应用,为石墨烯检测及应用提供了有价值的前沿技术信息。


低维碳纳米材料的标准化进展


梁铮主任介绍了泰州石墨烯研究检测平台,2011年,泰州市人民政府与泰州巨纳新能源有限公司共同成立了泰州石墨烯研究及检测平台,成为国内首个正式商业运营的综合性石墨烯研究与检测机构。梁铮主任就泰州石墨烯研究检测平台标准化工作及石墨烯国家标准计划做了详细介绍。


任玲玲研究员为我们详细介绍了国家质量基础NQI,石墨烯材料市场分析,石墨烯材料NQI技术研究框架。总结了国家质量基础提升产品质量关键:需求导向引领计量、标准体系建立;标准需要顶层设计成体系研制;对比是专业计量术语,按对比程序进行;对比结果支持国际标准及国内标准立项和发布。


(中国粉体网编辑整理/墨玉)

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