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本項(xiàng)目提出以中國(guó)富產(chǎn)的煤炭為前驅(qū)體，采用催化石墨化耦合高溫提純技術(shù)，利用催化劑的溶解再析出機(jī)理和碳化物轉(zhuǎn)化機(jī)理，調(diào)變煤基本有機(jī)結(jié)構(gòu)單元的尺寸，并輔以化學(xué)氧化及低溫等離子等技術(shù)手段，將煤炭基本單元的無(wú)序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)和性能可以在一定程度上調(diào)控的煤基石墨烯。項(xiàng)目的實(shí)施將全面詮釋煤粉粒度、有機(jī)顯微組分、無(wú)機(jī)顯微組分、揮發(fā)份、固定碳等參數(shù)對(duì)煤基石墨烯之形成和組裝的基本影響規(guī)律，研究建立構(gòu)筑煤基石墨烯的新方法及其調(diào)控策略，可以開(kāi)發(fā)煤炭加工利用的新方向，擴(kuò)大和豐富粉煤利用技術(shù)的內(nèi)涵。 本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于用結(jié)構(gòu)雜亂無(wú)章的煤炭構(gòu)筑結(jié)構(gòu)規(guī)整有序、具有豐富而新奇物理特性和許多優(yōu)異化學(xué)性質(zhì)的石墨烯。

春寒料峭，新冠肺炎疫情持續(xù)蔓延，形勢(shì)嚴(yán)峻，加上持續(xù)的陰雨天氣，近日武漢的氣溫?cái)嘌率较禄榱吮苊饨徊娓腥荆ＷC通風(fēng)條件，武漢一線醫(yī)護(hù)人員無(wú)法在工作、休息區(qū)域開(kāi)啟空調(diào)加溫。他們身著憋悶的防護(hù)服，衣服汗潮極易受涼，這著實(shí)是抗疫醫(yī)療人員面臨的一個(gè)難題。尤其在醫(yī)療資源短缺的情況下，節(jié)約使用防護(hù)服的他們更值得稱贊。看到這一情況，嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)—廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院鄭南峰教授、薩本棟微米納米科學(xué)技術(shù)研究院吳炳輝副教授，隨即想到課題組前期的一項(xiàng)研究成果——柔性石墨烯加熱膜產(chǎn)品，可以在低溫陰天給醫(yī)護(hù)人員帶來(lái)健康保障，更無(wú)憂地抗擊疫情。 科技人員工作現(xiàn)場(chǎng) 團(tuán)隊(duì)研發(fā)的石墨烯遠(yuǎn)紅外加熱產(chǎn)品，采用石墨烯導(dǎo)電膜通電后可高效發(fā)射出與人體輻射相近的遠(yuǎn)紅外，能夠提升人的基礎(chǔ)體溫。溫暖守護(hù)的背后是科研工作者的馬不停蹄奮戰(zhàn)，緊急啟動(dòng)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝方案調(diào)整，與下游制作商合作，采取邊生產(chǎn)邊發(fā)貨方式，力爭(zhēng)在疫情期間持續(xù)向湖北武漢抗疫前線輸送石墨烯熱敷腰帶等產(chǎn)品。 產(chǎn)品內(nèi)部件制作現(xiàn)場(chǎng) 受限于學(xué)生延遲開(kāi)學(xué)而導(dǎo)致研發(fā)人手不足的現(xiàn)狀，由鄭南峰教授、吳炳輝副教授及石墨烯工程與產(chǎn)業(yè)研究院6位工程師，親自下到生產(chǎn)一線，聯(lián)合廈門晞和科技有限公司徹夜加班趕制了一批電熱護(hù)腰帶、地板加熱片、加熱床墊等石墨烯遠(yuǎn)紅外加熱產(chǎn)品，于2月20日一早將第一批產(chǎn)品通過(guò)中山醫(yī)院搭乘專機(jī)馳援湖北一線，為醫(yī)護(hù)人員開(kāi)展救治和患者康護(hù)貢獻(xiàn)廈大力量。 團(tuán)隊(duì)成員向醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員講解使用方法 廈大附屬中山醫(yī)院援助武漢抗擊新冠肺炎的二隊(duì)醫(yī)院人員表示，這段時(shí)間的武漢較為陰冷，廈大的石墨烯加熱腰帶及地暖等產(chǎn)品他們已經(jīng)開(kāi)始使用，操作方便并且加熱保暖效果非常好，他們衷心感謝廈大和嘉庚實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)的支持和幫助。 鋪在武漢醫(yī)護(hù)人員房間的地暖產(chǎn)品 患難見(jiàn)真情，天寒暖人心。我校科研工作者在奮斗一線的同時(shí)，與我校石墨烯工程與產(chǎn)業(yè)研究院密切合作的福建經(jīng)緯集團(tuán)有限公司也提供了口罩物資援助，在這個(gè)抗疫的冬天，所有人的行動(dòng)都暖在心，武漢加油！

石墨烯作為化工新材料是目前的研究熱點(diǎn)，其規(guī)模化制備是難點(diǎn)。超重力旋轉(zhuǎn)床作為一種新型反應(yīng)器，在化工過(guò)程強(qiáng)化等領(lǐng)域具有總要的應(yīng)用，且無(wú)明顯放大效應(yīng)。以超重力旋轉(zhuǎn)床作為石墨（氧化石墨）剝離和還原的反應(yīng)器制備石墨烯，具有效率高、產(chǎn)品質(zhì)量及應(yīng)用性能好等特點(diǎn)。目前已達(dá)到中試水平。 本技術(shù)屬于石墨烯制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到用超重力法以石墨為原料制 備高性能石墨烯的方法。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體，是構(gòu)成石墨、碳納 米管、富勒烯等碳材料的基本結(jié)構(gòu)單元，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、高強(qiáng)度、 高透明度和超大的比表面積及良好的生物相容性，在復(fù)合材料、電子器件、電 能儲(chǔ)存裝置、生物傳感器、催化劑載體等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用效果及前景，是 目前最熱研究領(lǐng)域之一，也有大量的潛在需求。實(shí)現(xiàn)其高性能低成本規(guī)模化制 備是其應(yīng)用的前提和保障，因此更是人們關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。 現(xiàn)有的石墨烯制備方法很多，如：機(jī)械剝離、化學(xué)氣相沉積、液相剝離法、 化學(xué)氧化-剝離-還原、碳納米管切割以及完全有機(jī)合成等。在這些方法中，機(jī) 械剝離法雖然能得到高性能的石墨烯，但產(chǎn)量很小，主要用于科學(xué)研究；化學(xué) 氣相沉積法雖然可合成量較大的產(chǎn)品，但設(shè)備復(fù)雜且成本較高，限制了其應(yīng)用； 完全有機(jī)合成法得不到大面積的石墨烯片。低成本剝離法和化學(xué)氧化-剝離-還 原法通常以廉價(jià)的石墨為原料，在低溫常壓下進(jìn)行制備，其成本較低且易放大規(guī)模，是石墨烯規(guī)模合成的重點(diǎn)研究方向。 目前用于剝離的裝置主要有超聲波清洗器、微波爐、球磨機(jī)、超臨界裝置 等。在這些裝置中，超聲波清洗器雖然使用的最多，但其剝離時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)率低、 對(duì)石墨烯片的晶體完整性和結(jié)構(gòu)破壞大，影響其導(dǎo)電性和其他應(yīng)用性能；微波爐剝離利用微 波爐加熱集中、功率大的特點(diǎn)，加熱使石墨或預(yù)氧化石墨迅速膨脹，達(dá)到剝離 的效果，該方法過(guò)程較為劇烈，產(chǎn)物損失不可控，而且所得到的石墨烯缺陷較多；球磨機(jī)制備出來(lái)的石墨烯片小；超臨界裝置制備成本高、需要反復(fù)多次剝離才能達(dá)到較好的效果， 不適于規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn))。所以如何找到一種可以大規(guī)模剝離且對(duì)石墨烯性能影響小的剝離方 法和裝置是本領(lǐng)域需要解決的一個(gè)問(wèn)題。 超重力技術(shù)是利用比地球重力加速度大得多的超重力環(huán)境對(duì)傳質(zhì)、傳熱過(guò) 程和微觀混合過(guò)程進(jìn)行強(qiáng)化的新技術(shù)，在地球上通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生模擬的超重力環(huán) 境而獲得。它能夠大幅度提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性，顯著地縮小反應(yīng)器的體 積，簡(jiǎn)化工藝、流程，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的高效節(jié)能，減少污染排放。在超重力旋轉(zhuǎn)床 內(nèi)氣體呈連續(xù)相均勻分布，液體被分散成大量的液滴、液絲和液膜，具有極大 的比表面積。研究表明：在超重力環(huán)境下相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)塔器提高1～3 個(gè)數(shù)量級(jí)，微觀混合和傳質(zhì)過(guò)程得到極大強(qiáng)化。超重力過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)已被大量 用作需要對(duì)相間傳遞過(guò)程進(jìn)行強(qiáng)化的多相過(guò)程，和需要對(duì)相內(nèi)或擬均相內(nèi)微觀 混合強(qiáng)化的混合與反應(yīng)過(guò)程，并達(dá)到了工業(yè)化水平或中試水平。目前還沒(méi)有出 現(xiàn)過(guò)將超重力技術(shù)應(yīng)用在石墨領(lǐng)域的例子。 本項(xiàng)目要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種超重力法制備石墨烯的方法；通過(guò)對(duì) 石墨進(jìn)行預(yù)處理，使石墨的層間距增大，之后在超重力旋轉(zhuǎn)床中剝離預(yù)處理石 墨，得到石墨烯；該制備方法簡(jiǎn)單易行，低成本、高產(chǎn)量，適合大規(guī)模生產(chǎn)， 具有廣泛的應(yīng)用前景，該方法制備的石墨烯具有很高的導(dǎo)電率和極少的缺陷。 本發(fā)明提供一種超重力法制備石墨烯的方法，包括以下步驟： 1）以石墨為原料，對(duì)石墨進(jìn)行預(yù)處理，使石墨的層間距增大，得到預(yù)處 理石墨； 2）在超重力旋轉(zhuǎn)床中剝離預(yù)處理石墨，得到石墨烯。

石墨烯因 其 優(yōu)異 的性質(zhì)而 被 譽(yù)為 “ 材料之王 ” ， 在諸多 領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景， 但 距離 真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化 還存在諸多 問(wèn)題和挑戰(zhàn) 。制備決定 未來(lái)， 高品質(zhì) 石墨烯薄膜的 可控 制備 一直是學(xué)術(shù)界和業(yè)界關(guān)注的 重點(diǎn) 。 化學(xué) 氣相沉積法（ CVD ） 以 其優(yōu)良 的 可控性和可放大性被 公認(rèn) 為最具前景的石墨烯 薄膜 制備方法， 經(jīng)過(guò) 近十年的發(fā)展， 雖然 在單晶尺寸上 取得 了諸多突破性進(jìn)展， 但 CVD 石墨烯的性能 和 理想 水平 仍然有不 小 的差距 ， 這一問(wèn)題已經(jīng)困擾石墨烯領(lǐng)域很久 。 該研究首次 揭示了 CVD石墨烯 的本征污染問(wèn)題，提出氣相反應(yīng)調(diào)控的方法，分別使用泡沫銅輔助催化和含銅碳源實(shí)現(xiàn)了超潔凈石墨烯的制備（ Nat ure   Commun .  2019 ,  10 , 1912 ； J. Am. Chem. Soc.   2019 ,  141 , 7670 ）。 對(duì)于已存在 本征污染的石墨烯薄膜，他們 巧妙地 使用 二氧化碳 對(duì)其進(jìn)行刻蝕 ，而不引入額外缺陷，從而成功 制備出大面積的超潔凈石墨烯薄膜，該 方法與普通CVD工藝完全兼容 （ Angew . Chem.  2019 ,10.1002/ange.201905672 ）。 同時(shí) ，他們探究 了本征污染物與石墨烯之間的相互作用，發(fā)展了基于活性炭的界面力調(diào)控方法，成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯的表面清潔（ Adv.  Mater.  2019 , e1902978 ） 。

過(guò)去的十幾年石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)步飛速，然而石墨烯產(chǎn)業(yè)化仍然面臨諸多挑戰(zhàn)和問(wèn)題。面向石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的制備技術(shù)不是對(duì)實(shí)驗(yàn)室制備過(guò)程的簡(jiǎn)單放大，規(guī)模化制備對(duì)制備技術(shù)的可重復(fù)性、安全性和成本等都提出了更高的要求。盡管從產(chǎn)能上看石墨烯的粉體和薄膜均實(shí)現(xiàn)了宏量化制備。然而，石墨烯產(chǎn)品的生長(zhǎng)工藝、原材料、設(shè)備甚至生產(chǎn)批次的不同，得到的產(chǎn)品質(zhì)量和性能參差不齊，且很難達(dá)到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。以史為鑒，參考另一類戰(zhàn)略性碳材料——碳纖維的產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程可知，材料的品質(zhì)決定了其應(yīng)用前途。最初研發(fā)的碳纖維只能用于釣魚(yú)竿等，而今高端碳纖維材料在航天航空領(lǐng)域占據(jù)不可替代的位置，這正是碳纖維的規(guī)模化制備技術(shù)和材料品質(zhì)的不斷提升，推動(dòng)了碳纖維在高端領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。石墨烯產(chǎn)業(yè)只有努力扎根于材料制備，解決高品質(zhì)材料的規(guī)模化制備問(wèn)題，才有美好的應(yīng)用未來(lái)。

成果介紹目前，石墨烯基墨水的制備主要有兩種方案。一種是以氧化石墨烯為前驅(qū)體制備墨水，噴墨打印后對(duì)絕緣的氧化石墨烯圖案進(jìn)行還原得到還原的氧化石墨烯進(jìn)而恢復(fù)其電性能。另一種方案是以石墨烯為導(dǎo)電墨水的溶質(zhì)，加入分散劑、粘結(jié)劑、導(dǎo)電助劑等配置墨水實(shí)施打印。由于第一種方案中采用的柔性基底承受溫度一般在400℃以下，導(dǎo)致其導(dǎo)電性無(wú)法進(jìn)行大幅度提高，而較高的溫度是修復(fù)缺陷的有效方法，所以本產(chǎn)品是通過(guò)調(diào)配低缺陷的RGO、粘結(jié)劑、導(dǎo)電助劑、溶劑等成分來(lái)制備石墨烯基導(dǎo)電墨水。本產(chǎn)品將石墨烯優(yōu)異的物理性質(zhì)與印刷電子高效、綠色、大面積以及低成本等優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，制備了一種導(dǎo)電性、成膜性優(yōu)異的石墨烯基墨水。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及參數(shù)本產(chǎn)品采用高分子材料（如PET、PDMS、SEBS等）作為柔性基底，選用上述體系的導(dǎo)電墨水通過(guò)印刷或噴墨打印的方式制備高導(dǎo)電、尺寸可調(diào)、形狀可調(diào)的石墨烯基導(dǎo)電材料。簡(jiǎn)單綠色的制備工藝、優(yōu)異的導(dǎo)電性使其適用于多個(gè)領(lǐng)域，如對(duì)高分子基底表面進(jìn)行等離子親水性處理制備均勻且靈敏的傳感器，以疊層的形式貼合在皮膚表面，以織物中RFID為接收器，用以監(jiān)測(cè)人體的呼吸、運(yùn)動(dòng)以及心率，保證人們的生命安全；還可以憑借其較低的表面方阻、大尺寸可共形的特點(diǎn)用于大型通訊設(shè)備或可穿戴通訊設(shè)備的電磁防護(hù)。市場(chǎng)前景導(dǎo)電墨水主要分為金屬系導(dǎo)電墨水和碳系導(dǎo)電墨水等，目前市場(chǎng)上使用最多的是銀納米材料的導(dǎo)電墨水，但其原料價(jià)格過(guò)于昂貴; 而銅系導(dǎo)電墨水雖然原料價(jià)格相對(duì)較便宜，但容易被氧化的性質(zhì)也在一定程度上限制了其應(yīng)用。目前市售的碳系墨水電阻率普遍偏高。利用石墨烯制備高性能的網(wǎng)版印刷墨水有望獲得與銀導(dǎo)電墨水相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性、更好的易用性和穩(wěn)定性，同時(shí)降低墨水成本，從而促進(jìn)柔性印刷電子技術(shù)的發(fā)展。而利用高質(zhì)量的RGO作為導(dǎo)電填料的來(lái)源，成本低，易于大規(guī)模、大面積制備，其具備了產(chǎn)業(yè)化的要素。實(shí)施條件未來(lái)，利用石墨烯制備高性能的網(wǎng)版印刷油墨有望獲得與銀導(dǎo)電油墨相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性、更好的易用性和穩(wěn)定性，同時(shí)降低油墨成本，從而促進(jìn)柔性印刷電子技術(shù)的發(fā)展。而利用高質(zhì)量的RGO作為導(dǎo)電填料的來(lái)源，成本低，易于大規(guī)模、大面積制備，其具備了產(chǎn)業(yè)化的要素。

1、石墨烯基口罩，目前已經(jīng)在新冠病毒防治過(guò)程中投入使用，并獲得好評(píng)。2、石墨烯基VOC吸附海綿：具有吸附速率快(半小時(shí)吸附甲苯蒸氣可達(dá)自重64.8倍)吸附率高(傳統(tǒng)材料7倍)、脫附簡(jiǎn)單徹底等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已用于化工企業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)等。3、石墨烯基吸油海綿：具有吸附率高、脫附徹底、吸附選擇性高、多次循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)， 廣泛用于分散油及乳化油的破乳分離。4、石墨烯基油/水/固體懸浮物三相分離設(shè)備：具有占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低、反沖徹底等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于地表水提標(biāo)改造、污水廠污水處理、自來(lái)水/直飲水預(yù)處理、藍(lán)藻處理等。

采用改進(jìn)的Hummers法，插層—膨脹—氧化，避免長(zhǎng)時(shí)間超聲處理對(duì)氧化石墨烯片的破壞。

采用簡(jiǎn)單的超聲噴涂方法，將氧化石墨烯（GO）與金屬前驅(qū)體溶液直接噴涂在金屬集流體表面，即可制備出還原氧化石墨烯（rGO）負(fù)載贗電容活性物質(zhì)的復(fù)合電極。與其他電極制備方法相比，該方法制備的電極無(wú)需額外添加粘結(jié)劑，即可直接使用。

本潤(rùn)滑油產(chǎn)品以廈門華宇龍盛石墨烯科技有限公司與廈門大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的特殊石墨烯為原料，利用特殊工藝實(shí)現(xiàn)了在潤(rùn)滑油中的穩(wěn)定分散，提高潤(rùn)滑油的抗磨、減阻性能，有效延長(zhǎng)潤(rùn)滑油換油周期。主要產(chǎn)品為石墨烯汽機(jī)油和石墨烯柴機(jī)油，對(duì)應(yīng)的使用范圍分別是：新技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)及長(zhǎng)換油期的各種轎車，滿足歐III和歐IV排放量的高性能柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。石墨烯潤(rùn)滑油已經(jīng)從科研到產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)，國(guó)家對(duì)環(huán)保不斷重視，石墨烯潤(rùn)滑劑產(chǎn)業(yè)化步伐將不斷加快。目前，公司以石墨烯潤(rùn)滑油為龍頭產(chǎn)品，整合了公司重要渠道資源（大型車企、工業(yè)潤(rùn)滑油企業(yè)用戶、軍工、運(yùn)輸企業(yè)等）。公司將規(guī)劃一條年產(chǎn)10萬(wàn)噸石墨烯潤(rùn)滑油和添加劑生產(chǎn)線，并確立以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研與政府支持相結(jié)合，推動(dòng)石墨烯潤(rùn)滑油產(chǎn)業(yè)迅速健康發(fā)展。