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石墨烯的表面修飾、復合材料及自修復涂層的制備，增強基體防腐性能并具 有自修復功能。

石墨烯具有優異的機械,導電以及導熱性能,在納米科學和材科領域具有極大的應用價值,尤其是在電容器,傳感器,柔性薄膜電路以及復合材料等方面已經吸引全球科學界和工業界廣泛的關注。本技術以氧化石墨烯(GO)為前驅體,同步還原與修飾GO,制備了多種環氧/石墨烯功能納米復合材料該石墨烯氣凝膠具有低密度,開孔結構,高導電性以及良好的機械性能與成型性等優點。通過真空輔助浸漬成型法,制備了高導電的環氧／三維石墨烯納米復合材料,當石墨烯含量為體積分數適當時,復合材料的電導率達到4×10-2S/m,比純環氧基體提高了13個數量級。良好導電性能的原因是石墨烯氣凝膠在制備復合材料過程中保持了導電網絡結構完整性,而且與聚合物基體浸潤性良好。

本成果以“高效、低耗、高質、低成本”為開發理念，形成了氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、石墨烯的系列制備技術，具有實施工業規模化生產的潛質。所制備的氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、石墨烯具有層數低、比表面積大、純度高等特點。應用領域包括生物檢測、新能源、環境修復、防護涂裝、電磁屏蔽、導電及導熱材料等。目前，已在防腐涂料、電化學儲能、導電導熱材料等方面應用與企業開展對接試研工作。本成果包含的制備技術的特點如下： 1、氧化石墨烯制備技術特點： ① 生產過程簡單、高效（無需繁雜的低溫、高溫過程）； ② 節能減耗，能耗低，濃酸消耗少，“三廢”產生少； ③ 生產周期短，氧化過程最快僅需30min； ④ 濃硫酸的回收再利用。 2、還原氧化石墨烯制備技術特點： ① 生產過程簡單、高效； ② 無需任何還原劑； ③ 無需復雜、高要求的設備； ④ 還原過程最快僅需3s。 3、石墨烯制備技術特點： ① 生產過程簡單、高效； ② 無需任何還原劑； ③ 使用設備簡單易獲得； ④ 制備過程最快僅需5s。

石墨烯橡膠復合材料的制備是一個挑戰性的國際難題，采用常規方法難以制備。四川大學在國際上首次提出膠乳混合和原位還原的方法制備石墨烯橡膠納米復合材料。解決了石墨烯的剝離和均勻分散難題，材料的機械強度、導電、阻隔等綜合性能大幅度提高。提出了材料增強、阻隔、耐疲勞機理。研究工作被國際權威專家評價“他們的發現闡明了石墨烯用于天然橡膠增強的巨大潛力”。

本項目提出以中國富產的煤炭為前驅體，采用催化石墨化耦合高溫提純技術，利用催化劑的溶解再析出機理和碳化物轉化機理，調變煤基本有機結構單元的尺寸，并輔以化學氧化及低溫等離子等技術手段，將煤炭基本單元的無序結構轉化為結構和性能可以在一定程度上調控的煤基石墨烯。項目的實施將全面詮釋煤粉粒度、有機顯微組分、無機顯微組分、揮發份、固定碳等參數對煤基石墨烯之形成和組裝的基本影響規律，研究建立構筑煤基石墨烯的新方法及其調控策略，可以開發煤炭加工利用的新方向，擴大和豐富粉煤利用技術的內涵。 本項目的創新點在于用結構雜亂無章的煤炭構筑結構規整有序、具有豐富而新奇物理特性和許多優異化學性質的石墨烯。

春寒料峭，新冠肺炎疫情持續蔓延，形勢嚴峻，加上持續的陰雨天氣，近日武漢的氣溫斷崖式下滑。為了避免交叉感染，保證通風條件，武漢一線醫護人員無法在工作、休息區域開啟空調加溫。他們身著憋悶的防護服，衣服汗潮極易受涼，這著實是抗疫醫療人員面臨的一個難題。尤其在醫療資源短缺的情況下，節約使用防護服的他們更值得稱贊。看到這一情況，嘉庚創新實驗室團隊—廈門大學化學化工學院鄭南峰教授、薩本棟微米納米科學技術研究院吳炳輝副教授，隨即想到課題組前期的一項研究成果——柔性石墨烯加熱膜產品，可以在低溫陰天給醫護人員帶來健康保障，更無憂地抗擊疫情。 科技人員工作現場 團隊研發的石墨烯遠紅外加熱產品，采用石墨烯導電膜通電后可高效發射出與人體輻射相近的遠紅外，能夠提升人的基礎體溫。溫暖守護的背后是科研工作者的馬不停蹄奮戰，緊急啟動產品生產工藝方案調整，與下游制作商合作，采取邊生產邊發貨方式，力爭在疫情期間持續向湖北武漢抗疫前線輸送石墨烯熱敷腰帶等產品。 產品內部件制作現場 受限于學生延遲開學而導致研發人手不足的現狀，由鄭南峰教授、吳炳輝副教授及石墨烯工程與產業研究院6位工程師，親自下到生產一線，聯合廈門晞和科技有限公司徹夜加班趕制了一批電熱護腰帶、地板加熱片、加熱床墊等石墨烯遠紅外加熱產品，于2月20日一早將第一批產品通過中山醫院搭乘專機馳援湖北一線，為醫護人員開展救治和患者康護貢獻廈大力量。 團隊成員向醫院醫護人員講解使用方法 廈大附屬中山醫院援助武漢抗擊新冠肺炎的二隊醫院人員表示，這段時間的武漢較為陰冷，廈大的石墨烯加熱腰帶及地暖等產品他們已經開始使用，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驗室科研團隊的支持和幫助。 鋪在武漢醫護人員房間的地暖產品 患難見真情，天寒暖人心。我校科研工作者在奮斗一線的同時，與我校石墨烯工程與產業研究院密切合作的福建經緯集團有限公司也提供了口罩物資援助，在這個抗疫的冬天，所有人的行動都暖在心，武漢加油！

石墨烯作為化工新材料是目前的研究熱點，其規模化制備是難點。超重力旋轉床作為一種新型反應器，在化工過程強化等領域具有總要的應用，且無明顯放大效應。以超重力旋轉床作為石墨（氧化石墨）剝離和還原的反應器制備石墨烯，具有效率高、產品質量及應用性能好等特點。目前已達到中試水平。 本技術屬于石墨烯制備技術領域，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。石墨烯是目前發現的唯一存在的二維自由態原子晶體，是構成石墨、碳納 米管、富勒烯等碳材料的基本結構單元，具有優良的導電性、導熱性、高強度、 高透明度和超大的比表面積及良好的生物相容性，在復合材料、電子器件、電 能儲存裝置、生物傳感器、催化劑載體等領域具有良好的應用效果及前景，是 目前最熱研究領域之一，也有大量的潛在需求。實現其高性能低成本規模化制 備是其應用的前提和保障，因此更是人們關注和研究的焦點。 現有的石墨烯制備方法很多，如：機械剝離、化學氣相沉積、液相剝離法、 化學氧化-剝離-還原、碳納米管切割以及完全有機合成等。在這些方法中，機 械剝離法雖然能得到高性能的石墨烯，但產量很小，主要用于科學研究；化學 氣相沉積法雖然可合成量較大的產品，但設備復雜且成本較高，限制了其應用； 完全有機合成法得不到大面積的石墨烯片。低成本剝離法和化學氧化-剝離-還 原法通常以廉價的石墨為原料，在低溫常壓下進行制備，其成本較低且易放大規模，是石墨烯規模合成的重點研究方向。 目前用于剝離的裝置主要有超聲波清洗器、微波爐、球磨機、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，但其剝離時間長、產率低、 對石墨烯片的晶體完整性和結構破壞大，影響其導電性和其他應用性能；微波爐剝離利用微 波爐加熱集中、功率大的特點，加熱使石墨或預氧化石墨迅速膨脹，達到剝離 的效果，該方法過程較為劇烈，產物損失不可控，而且所得到的石墨烯缺陷較多；球磨機制備出來的石墨烯片小；超臨界裝置制備成本高、需要反復多次剝離才能達到較好的效果， 不適于規模化連續生產)。所以如何找到一種可以大規模剝離且對石墨烯性能影響小的剝離方 法和裝置是本領域需要解決的一個問題。 超重力技術是利用比地球重力加速度大得多的超重力環境對傳質、傳熱過 程和微觀混合過程進行強化的新技術，在地球上通過旋轉產生模擬的超重力環 境而獲得。它能夠大幅度提高反應的轉化率和選擇性，顯著地縮小反應器的體 積，簡化工藝、流程，實現過程的高效節能，減少污染排放。在超重力旋轉床 內氣體呈連續相均勻分布，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：在超重力環境下相間傳質速率比傳統塔器提高1～3 個數量級，微觀混合和傳質過程得到極大強化。超重力過程強化技術已被大量 用作需要對相間傳遞過程進行強化的多相過程，和需要對相內或擬均相內微觀 混合強化的混合與反應過程，并達到了工業化水平或中試水平。目前還沒有出 現過將超重力技術應用在石墨領域的例子。 本項目要解決的技術問題是提供一種超重力法制備石墨烯的方法；通過對 石墨進行預處理，使石墨的層間距增大，之后在超重力旋轉床中剝離預處理石 墨，得到石墨烯；該制備方法簡單易行，低成本、高產量，適合大規模生產， 具有廣泛的應用前景，該方法制備的石墨烯具有很高的導電率和極少的缺陷。 本發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，對石墨進行預處理，使石墨的層間距增大，得到預處 理石墨； 2）在超重力旋轉床中剝離預處理石墨，得到石墨烯。

石墨烯因 其 優異 的性質而 被 譽為 “ 材料之王 ” ， 在諸多 領域有著廣闊的應用前景， 但 距離 真正實現產業化 還存在諸多 問題和挑戰 。制備決定 未來， 高品質 石墨烯薄膜的 可控 制備 一直是學術界和業界關注的 重點 。 化學 氣相沉積法（ CVD ） 以 其優良 的 可控性和可放大性被 公認 為最具前景的石墨烯 薄膜 制備方法， 經過 近十年的發展， 雖然 在單晶尺寸上 取得 了諸多突破性進展， 但 CVD 石墨烯的性能 和 理想 水平 仍然有不 小 的差距 ， 這一問題已經困擾石墨烯領域很久 。 該研究首次 揭示了 CVD石墨烯 的本征污染問題，提出氣相反應調控的方法，分別使用泡沫銅輔助催化和含銅碳源實現了超潔凈石墨烯的制備（ Nat ure   Commun .  2019 ,  10 , 1912 ； J. Am. Chem. Soc.   2019 ,  141 , 7670 ）。 對于已存在 本征污染的石墨烯薄膜，他們 巧妙地 使用 二氧化碳 對其進行刻蝕 ，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 ，他們探究 了本征污染物與石墨烯之間的相互作用，發展了基于活性炭的界面力調控方法，成功實現了石墨烯的表面清潔（ Adv.  Mater.  2019 , e1902978 ） 。

過去的十幾年石墨烯研究和產業化進步飛速，然而石墨烯產業化仍然面臨諸多挑戰和問題。面向石墨烯產業化應用的制備技術不是對實驗室制備過程的簡單放大，規模化制備對制備技術的可重復性、安全性和成本等都提出了更高的要求。盡管從產能上看石墨烯的粉體和薄膜均實現了宏量化制備。然而，石墨烯產品的生長工藝、原材料、設備甚至生產批次的不同，得到的產品質量和性能參差不齊，且很難達到統一的標準。以史為鑒，參考另一類戰略性碳材料——碳纖維的產業發展歷程可知，材料的品質決定了其應用前途。最初研發的碳纖維只能用于釣魚竿等，而今高端碳纖維材料在航天航空領域占據不可替代的位置，這正是碳纖維的規模化制備技術和材料品質的不斷提升，推動了碳纖維在高端領域的廣泛應用。石墨烯產業只有努力扎根于材料制備，解決高品質材料的規模化制備問題，才有美好的應用未來。

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體制備墨水，噴墨打印后對絕緣的氧化石墨烯圖案進行還原得到還原的氧化石墨烯進而恢復其電性能。另一種方案是以石墨烯為導電墨水的溶質，加入分散劑、粘結劑、導電助劑等配置墨水實施打印。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，導致其導電性無法進行大幅度提高，而較高的溫度是修復缺陷的有效方法，所以本產品是通過調配低缺陷的RGO、粘結劑、導電助劑、溶劑等成分來制備石墨烯基導電墨水。本產品將石墨烯優異的物理性質與印刷電子高效、綠色、大面積以及低成本等優勢相結合，制備了一種導電性、成膜性優異的石墨烯基墨水。技術創新點及參數本產品采用高分子材料（如PET、PDMS、SEBS等）作為柔性基底，選用上述體系的導電墨水通過印刷或噴墨打印的方式制備高導電、尺寸可調、形狀可調的石墨烯基導電材料。簡單綠色的制備工藝、優異的導電性使其適用于多個領域，如對高分子基底表面進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，用以監測人體的呼吸、運動以及心率，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用于大型通訊設備或可穿戴通訊設備的電磁防護。市場前景導電墨水主要分為金屬系導電墨水和碳系導電墨水等，目前市場上使用最多的是銀納米材料的導電墨水，但其原料價格過于昂貴; 而銅系導電墨水雖然原料價格相對較便宜，但容易被氧化的性質也在一定程度上限制了其應用。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版印刷墨水有望獲得與銀導電墨水相當的導電性、更好的易用性和穩定性，同時降低墨水成本，從而促進柔性印刷電子技術的發展。而利用高質量的RGO作為導電填料的來源，成本低，易于大規模、大面積制備，其具備了產業化的要素。實施條件未來，利用石墨烯制備高性能的網版印刷油墨有望獲得與銀導電油墨相當的導電性、更好的易用性和穩定性，同時降低油墨成本，從而促進柔性印刷電子技術的發展。而利用高質量的RGO作為導電填料的來源，成本低，易于大規模、大面積制備，其具備了產業化的要素。