石墨烯的制备及工业应用分析

刘渊 王勤生 杨永强

(江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院， 江苏 无锡 214174)

石墨烯的制备及工业应用分析

刘渊 王勤生 杨永强

(江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院， 江苏 无锡 214174)

作为一种“超级材料”，石墨烯是新技术新产业革命的重要组成部分；其制备及工业应用发展，成为了大众关注的焦点问题，也是材料基础与应用领域重要的研究内容。在这样的形势背景下，对石墨烯的制备及工业应用进行一番深入的探究有着十分重要的科学意义与应用价值。因此，本文主要论述了石墨烯的制备流程，并结合具体的工业应用案例，对石墨烯的应用发展进行探究，并提出可行性建议或意见。

石墨烯；制备流程；工业应用；发展展望

石墨烯的制备及工业应用在这几年里可谓是进入了“井喷式”的发展；据不完全统计，到2016年年底，我国已经申请了2200多项石墨烯专利技术，仅我国珠三角地区从事石墨烯研发、生产、应用等相关企业数量就超过400家。但与此同时，石墨烯的发展也面临着市场选择、技术创新发展等一系列问题，亟待解决；而在石墨烯的制备及工业应用发展中持续保障竞争力意义重大。基于这样的发展现状及研究目标，本文就石墨烯的制备及工业应用这一问题从石墨烯的制备流程、石墨烯的工业应用案例分析以及石墨烯的应用发展展望等方面展开一番论述与剖析。

1 石墨烯的制备流程

石墨烯，有着性能优良和应用前景广泛等特点；极大的促进了这一材料制备技术的快速发展。从2004年问世以来，石墨烯的制备主要发展了微机械剥离法、化学气相沉淀CVD法、外延生长法和氧化石墨还原法这四种主要方法。每种制备方法在原理、工艺以及制备流程上存在不小的差异[1]。在本文的论述中，主要以氧化石墨还原法为例，对石墨烯的制备流程展开论述。

石墨还原法制备石墨烯，以其简单的特点在实验制备中得到了广泛的推广与应用。首先，用浓硫酸或者浓硝酸、高锰酸与石墨进行混合，达到均匀状态；接着，在约40摄氏度下进行反应，持续约30分钟左右；对所获得的溶液进行稀释，并通过加入约30%浓度的H2O2来除去高锰酸钾，用10%左右浓度的稀盐酸进行洗涤，最后在不高于30摄氏度下鼓风干燥，获得黄色的氧化石墨固体；而第二步是对氧化石墨进行剥离。通过将氧化石墨研磨成粉放在微波下迅速加热至500度的高温，超声剥离后与水合肼在85摄氏度下进行还原反应，从而获得单层或多层石墨烯分散液。

2 石墨烯的工业应用案例分析

石墨烯作为一种特殊的纳米级的“神奇材料”，在工业应用中得到了迅猛的发展。在传感器领域、储能和新型显示领域、半导体材料领域以及生物医学领域应用广泛。许多学者对石墨烯的工程应用展开了分析与探究，其中，周超等人[2]就石墨烯在传感器中的应用发展进行了总结：石墨烯具有体积小、表面积大、灵敏度高、响应时间快、电子传递快、能提升传感器的各项性能，因而在传感器中应用广泛；陈成猛等人[3]对石墨烯在储能和新型显示领域中的应用进行了分析，研究结果表明：化学剥离石墨烯宏观组装体能够在储能和导热领域取得更好的效果，值得推广应用及深入发展探究；而在半导体材料领域，许多学者的的研究发现，石墨烯是替代硅的理想材料，在光互连和低功率光子集成电路领域具有广泛的应用前景；除此之外，石墨烯在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面的应用广阔；同时石墨烯的许多衍生物，比如基于石墨烯的实验装置能够在蛋白检测、DNA检测等方面做出贡献[4]。总的来说，石墨烯性能优良、应用广泛[5]。

3 石墨烯的应用发展展望

虽然石墨烯，在许多领域取得了突出的成绩，但是随着研究的不断深入以及市场需求的改变等因素，如何保障石墨烯探究与应用的持续高效性是发展过程中需要特别思考的问题。因此，本文就石墨烯的应用发展提出以下几点建议：

(1)加大关于石墨烯及其衍生物的基础理论及实践应用探究，优化石墨烯的制备与应用流程。石墨烯作为超级材料，应用广泛，但目前还有许多问题需深入探究，只有更加完善的理论技术体系支持，才能够为石墨烯的应用提供强有力的保障。(2)理性看待石墨烯及相关产业的发展，持续高效的做好石墨烯的技术研究及应用规划。石墨烯的优良性能促使大批企业加入到石墨烯的研制及生产大军中，但许多企业并不具备相关技术及资历，而石墨烯的发展，只有更加的合理科学化，才能够更加长期有效。(3)完善石墨烯发展与管理机制，大力推进石墨烯产业化生产的进程。众所皆知，在过去的几年中，石墨烯已经成为国内外备受瞩目的前沿和热点，在材料、能源、环境等方面取得了卓越的发展及成果，但大多局限于实验室制备与应用，离工业化生产还有很大的差距。因此，深入探究，加快工业生产进程意义重大。

3 结语

石墨烯，在制备及工业应用上还需许多问题需要深入探究，虽然成果丰硕、应用前景广泛被看好，但发展之路仍是任重而道远。只有在发展的过程中，以技术手段深入探究为基础，不断完善制备工艺，持续稳定的推进工业应用，那么就一定能够取得更大的突破与成功。

[1]杨林,王天华,易莎莎,等.国内外石墨烯应用研究发展与展望[J].化学工程与装备,2015,(9):164-165.

[2]周超,陈思浩,楼建中,等.石墨烯在传感器中的应用研究进展[J].材料导报,2014,(S1):15-20.

[3]陈成猛,孔庆强,张兴华,等.化学剥离石墨烯宏观组装体在储能和导热领域的应用[C]// 全国新型炭材料学术研讨会.2013.

[4]王义.石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D].复旦大学,2014.

[5]陈冠雄,谈紫琪,赵元,等.面向能源领域的石墨烯研究[J].中国科学:化学,2013,(6):704-715.