長沙理工大學

　　項目基于我國具有資源優(yōu)勢的天然隱晶質石墨，開展天然石墨的超細化(納米化)-高純化技術及其產業(yè)化裝備研制，并以純化天然隱晶質石墨為基礎，開展石墨烯批量制備及其系列產品的開發(fā)，為拓寬天然隱晶質石墨及其石墨烯產品的應用領域、提高石墨產品的高科技附加值，解決目前天然隱晶質石墨行業(yè)由于無序競爭而造成的低價傾售和資源大量浪費的問題提供技術支撐。項目研究對于提高我國天然隱晶質石墨優(yōu)勢資源的品質和附加值，提升我國天然隱晶質石墨的精、深加工技術和裝備水平，盤活天然隱晶質石墨資源，增加其有效儲量，具有重要戰(zhàn)略意義和應用價值。

一、立項的背景與意義

　　天然隱晶質石墨是我國的優(yōu)勢礦產資源之一，具有廣泛的用途和不可替代的作用。但深加工技術水平和深加工能力較低的問題長期未得到有效的解決，目前主要以原礦和粗加工產品應用為主，主要用于鑄造、石墨電刷、電池炭棒和煉鋼增碳劑等傳統工業(yè)領域，資源消耗量大，產品的技術含量和附加值低，且一直存在供大于求的局面，資源得不到充分的利用，甚至盲目出口，造成礦產資源的大量流失和浪費。目前國際上天然石墨行業(yè)深加工技術的發(fā)展趨勢是高純、精細、結構與形貌可調控、功能復合，同時結合應用的關鍵點使其結構與功能一體化。因此開發(fā)天然隱晶質石墨精、深加工技術，拓寬天然隱晶質石墨的應用領域、提高石墨產品的高科技附加值，是天然隱晶質石墨行業(yè)急需解決的共性問題。

　　湖南省天然隱晶質石墨的儲量、產量及出口量均居國內之首，且品質遠高于國內其它產地，但天然隱晶質石墨的深加工技術水平和深加工能力較低，目前仍主要以原礦和粗加工產品應用為主，產品的技術含量和附加值極低，造成礦產資源的大量流失和浪費：而我國市場需要的高純超細石墨制品則多數依賴進口。因此，研究開發(fā)技術含量高的高純天然隱晶石墨及其新產品、拓寬其應用領域，已成為天然隱晶質石墨產業(yè)的當務之急。

　　本項目選取有代表性的湖南郴州天然隱晶質石墨為研究對象，采用自主開發(fā)的一步純化處理方法對天然隱晶質石墨進行提純處理，通過研發(fā)相關提純設備，使隱晶質石墨的提純從實驗室擴大到中試水平，使批量生產的高純天然隱晶質石墨產品含碳量達99.5%以上?；诟呒兲烊浑[晶質石墨，開展石墨烯制備及其系列產品的開發(fā)，為高純隱晶質石墨的產業(yè)化打下良好的基礎。項目預期建設年產100噸高純天然隱晶質石墨的中試生產線，并在此基礎上研究天然隱晶質石墨在可控溫石墨電熱涂料和石墨烯及其系列產品方面應用的精、深加工技術及關鍵裝備原型。為拓寬天然隱晶質石墨的應用領域、提高石墨產品的高科技附加值，解決目前天然隱晶質石墨行業(yè)由于無序競爭而造成的低價傾售和資源大量浪費的問題提供技術支撐。

二、國內外研究現狀與發(fā)展趨勢

　　我國天然石墨資源豐富，石墨儲量、產量及出口量均居世界之首，但我國石墨工業(yè)總體水平在國際上仍處于中等水平，由于技術開發(fā)投入不夠，目前仍以原料生產及初加工產品為主，產品主要用于鋼鐵和鑄造、耐火材料、導電材料、鉛筆、密封材料等，一些高技術含量的天然石墨產品還需從缺乏石墨資源的發(fā)達國家進口，進出口產品差價極大。

　　在天然鱗片石墨的高純化處理研究方面，目前我國已有一些廠家利用高溫法、苛性鈉熔融法、高濃度強酸法等方法生產出99.9%以上的高純石墨，如青島石墨股份有限公司利用HF、H2SO4、HCI三強酸法建立了國內首條年產500噸高純天然鱗片石墨的生產線。然而上述傳統的石墨提純方法不僅生產批量小、質量不穩(wěn)定，而且還對環(huán)境造成較嚴重的污染。近年來，我國一些大企業(yè)在天然鱗片石墨深加工、微粉石墨和超微細石墨方面加大研發(fā)力度，并逐漸批量生產，但總體上還與國外存在較大的差距。

　　天然隱晶質石墨是我國的優(yōu)勢礦產資源之一，主要用于石墨電極、電池碳棒、鑄造和増?zhí)紕┑确矫?，消耗量相對較小，因此我國的天然隱晶質質石墨一直存在供大于求的局面，資源得不到充分的利用，甚至盲目出口，造成資源的浪費。天然隱晶質石墨在鋰離子電池等高新技術領域具有獨特的應用價值，但其應用的前提是必須高純化或超細化。與天然鱗片石墨相比，天然隱晶質石墨的提純技術難度較大，國內外對其研究也較少，近年來國內在這方面進行了一些理論研究和技術開發(fā)，雖能將天然隱晶質石墨提純到固定碳含量≥98%，但所采用的方法與傳統的提純天然片石墨的方法一樣，存在工藝復雜、成本高、環(huán)境污染較大的缺點。因此目前國內尚無生產高純天然隱晶質石墨的企業(yè)。

　　國內外對于天然石墨進行精、深加工的知識產權多集中于天然鱗片石墨，主要是制備柔性石墨、顯像管涂料等方面的專利，近年來出現了大量關于鋰離子電池用天然鱗片石墨材料的專利。但是涉及天然隱晶質石墨的知識產權報道不多。

　　復合型導電塑料就是由電絕緣性能較好的合成樹脂和具有優(yōu)良導電性能的填料及其他添加劑組成，經注射或擠出成型等方法加工而成的。石墨作為導電填料在塑料中應用較早。近年來，隨著納米技術的發(fā)展，將石墨納米材料與基體復合制得導電塑料正日益興起?？膳蛎浭?963年首先由美國聯合碳化物公司(UCC)研制成功，并于1968年生產，1970年投入市場。它是一種性能優(yōu)良的無機材料，由于插層客體的插入，使石墨主體擁有了諸如耐熱、耐腐蝕、柔軟、導電等許多優(yōu)異性能，可用作密封材料、阻燃材料、電池原料和輕質導電材料等，它極有希望成為能適應未來高科技發(fā)展的新型工程材料。因此，納米石微片作為導電填料的應用將是今后研究的重點。

　　導電涂料是伴隨現代科學技術而迅速發(fā)展起來的特種功能涂料，至今已有半個世紀的發(fā)展歷史。上世紀60年代，處于國際領先地位的美國的 Acmechemicals & Insulating，英國的 RDF Shielding LT(RFS)，日本的昭和電工等涂料公司以硅酸鹽和有機高分子聚合物作粘結劑，加入炭黑、石墨、金屬系或金屬氧化物材料制成電熱涂料，也稱電發(fā)熱漆。國內電熱涂料的研究起步較晚，主要是采用貴重金屬填料和合成樹脂以及各種助劑經機械混合制成的，但因其昂貴的價格和自身性質不足等一系列問題，使得其在實際使用方面受到制約：如銅粉化學穩(wěn)定性差、氧化后導電性迅速下降，甚至不導電：鋁粉雖然密度小、價格便宜但用其制成的涂料在受到撞擊時，易在涂層中發(fā)生鋁熱反應，因此不宜作為電熱涂料的導電填料，這些問題制約了這類電熱涂料的推廣和應用。近年來，國內開始研究以硅溶膠、碳酸鹽、氧化物等基料與石墨和添加劑以及稀釋劑配制成無機電熱涂料，但因其較差的附著力、復雜的成膜工藝和高的固化操作溫度，使其難以廣泛推廣應用。隨著電熱涂料的研究和開發(fā)的不斷深入，電熱涂料的應用也日益廣泛，尤其在電發(fā)熱材料及其電熱元器件、電路成型材料和電采暖等領域都具有重要的實用價值。從目前電熱涂料的發(fā)展動向來看，電熱涂料正向高效低耗、環(huán)保節(jié)能、成本低廉以及表面發(fā)熱溫度高的混合型電熱涂料方向發(fā)展

　　2004年，英國曼徹斯特大學的Geim研究小組首次制備出穩(wěn)定的石墨烯，推翻了經典的“熱力學漲落不允許二維晶體在有限溫度下自由存在”的理論，震撼了整個物理界，引發(fā)了石墨烯的研究熱潮。目前，石墨烯的制備方法主要包括機械剝離法、化學氣相沉積法氧化石墨-還原法、外延生長法、有機合成法等，其中，氧化石墨-還原法簡單易行、產量高、應用廣泛。 Stankovich等首次用肼還原脫除石墨烯氧化物的含氧基團從而恢復單層石墨的有序結構，在此基礎上人們不斷加以改進，使得氧化一還原法(含氧化一修飾一還原法)成為最具有潛力和發(fā)展前途的合成石墨烯及其材料的方法。除此之外，晶體外延生長、化學氣相沉積也可用于大規(guī)模制備高純度的石墨烯。目前，研究人員除了在探索制備石墨烯的新途徑，還在石墨烯制備原料方面進行了有益的嘗試，中科院山西煤化所王俊中、華僑大學陳國華、西南科技大學彭同江所在的課題組以隱晶質石墨為原料，分別采用電化學剝離法、球磨法和熱剝離法制備了隱晶質石墨烯，拉開了隱晶質石墨制備石墨烯及應用研究的序幕。

　　在鋰離子電池負極材料中，石墨類炭負極材料以其來源廣泛，價格便宜，一直是負極材料的首選。據統計，2013年全球負極材料總產量達到5.85萬噸，中國負極材料企業(yè)實現產量3.98萬噸，全球比重達68.03%。中國負極材料主要供應商是深圳貝特瑞和杉杉科技，其中深圳貝特瑞以天然鱗片石墨為主，而杉杉科技則以人造石墨負極材料為主。未來5年，石墨類負極材料仍然是負極材料的主流，且每年以15%左右的速度增長。將隱晶質石墨用于鋰離子電池負極材料等高新技術領域是一條發(fā)展我省天然隱晶質石墨產業(yè)的理想途徑，隱晶質石墨的應用研究和推廣具有非凡的意義和巨大的經濟和社會效益。

　　天然隱晶質石墨是湖南省的優(yōu)勢資源，不僅儲量豐富，而且品質優(yōu)良，曾被評為國家銀質產品，深受國內外用戶青睞。但由于技術進步緩慢，長期以來一直以銷售原礦或粗加工產品為主，技術含量和附加值很低，造成礦產資源的大量流失和浪費。將隱晶質石墨用于鋰離子電池負極材料等高新技術領域是一條發(fā)展我省天然石墨產業(yè)的理想途徑。

　　鋰離子電池與通用電池相比，具有壽命較長、功率較大和能量較高，工作電壓高、體積小、無記憶效應、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長等優(yōu)點。因此，鋰離子電池應用范圍越來越廣，由移動電話、攝像機、數碼相機、筆記本電腦等便攜式電器上的應用，發(fā)展到在電動汽車、儲能電池和航天器等新興領域上的應用。國家在“十二五”規(guī)劃中，明確提出了要加強新能源汽車產業(yè)的發(fā)展。國務院也頒布了《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》，計劃到2015年，我國純電動汽車和插電式混合動力汽車累計產銷量力爭達到50萬輛：到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產能力達200萬輛、累計產銷量超過500萬輛。除中央政府外，各級地方政府也紛紛頒布了相應的鼓勵政策。因此發(fā)展鋰離子電池具有良好的市場前景。

三、項目實施主要內容、技術關鍵與創(chuàng)新點、預期目標

　　(一)主要內容

　　(1)超細高純天然隱晶質石墨先進加工技術及關鍵裝備

　　重點開展天然隱晶質石墨低成本超細高純化處理技術研究，研制關鍵設備，優(yōu)化處理工藝，降低生產成本，使得產品的固定碳含量≥99%、粒度為1.0~3.0um。在此基礎上建設年產100噸超細高純天然隱晶質石墨中試生產線。

　　(2)天然隱晶質石墨可控制備石墨烯技術

　　研究隱晶質石墨烯異質結構形成與微觀結構調控原理與方法。研究工藝條件對隱晶質石墨烯形貌、組成及微觀結構的影響規(guī)律。以超細高純天然隱晶質石墨為原料，開發(fā)石墨烯的批量制備關鍵技術和裝備。

　　(3)超細高純天然隱晶質石墨與石墨烯系列產品開發(fā)應用

　　以項目開發(fā)的超細高純天然隱晶質石墨與石墨烯為基礎原料，積極探索和開發(fā)超細高純天然隱晶質石墨與石墨烯在電熱涂料、石墨烯漿料、鋰離子電池和高性能結構與功能材料等領域的應用。

　　①可控溫電熱涂料

　　以超細高純天然隱晶質石墨或石墨烯為導電填料、無機或有機粘結劑為基體制備可控溫石墨電熱涂料。通過天然隱晶質石墨表面抗氧化改性、基體選擇與耐熱老化改性使涂料既具有優(yōu)異的電熱性能，又具有較強的附著力和良好的耐熱性。研究天然隱晶質石墨和石墨烯填料含量與粒度分布、基體的種類和性質等對涂料電熱性能和耐熱老化性能的影響，涂層的電熱性能(涂層表面發(fā)熱溫度)和耐熱老化性能與外加電壓和通電時間的關系。探討石墨電熱涂料的電擊穿過程及石墨電熱涂料的可控溫機理。

　　

石墨電熱涂層

　　②石墨烯漿料

　　以石墨烯為主要功能相，充分發(fā)揮其導電、導熱等優(yōu)異性能，研制出石墨烯基水性和油性漿料，開發(fā)其在柔性顯示、電磁屏蔽、高導電復合膜、重防腐涂料、復合電熱膜等領域的應用

　　

石墨烯漿料和石墨烯電熱膜

　　③鋰離子電池

　　天然石墨可分為天然鱗片石墨與天然隱晶質石墨，二者物理化學性質相同，但組織結構有較大的差異。天然鱗片石墨是一種單晶體，組織結構較簡單，僅存在結品學上的缺陷(點缺陷、位錯、層錯等)，宏觀上表現出各向異性的結構特征。天然隱晶質石墨的晶粒較小，晶粒之間雜亂排列且存在雜質脫除后的孔洞，宏觀上表現出各向同性的結構特征。經過純化和球形化處理的天然鱗片石墨己廣泛用作鋰離子電池負極材料，而天然隱晶質石墨由于存在可浮選性較差、純化成本較高、電容量偏低等問題，長期以來均未得到鋰離子電池負極材料的重視。

　　對天然隱晶質石墨進行微細化和球形化處理，采用前述經過改性后的高純天然隱品質石墨進行熱解炭包覆，并將熱解炭包覆高純隱晶質石瞾應用于鋰離子電池領域，確立最佳工藝條件，建設年產100噸適用于鋰離子電池負極材料的改性天然隱晶質石墨生產線。

　　

球形石墨(a、b)與微氧化石墨(c、d)的SEM照片

　　

石墨嵌鋰量結構示意圖

　　④高性能結構與功能材料

　　以石墨媚為增強相.高性能聚合物、輕質有色金屬或陶瓷材料為基體，開發(fā)出高性能的石墨煽增強結構材料或者石墨婦增強結構功能-體化復合材料,在摩擦磨損、輕質高強結構以及導熱，導電結構功能一體化領域獲得典型應用。

　　

石墨烯防彈頭盔

　　(二)核心關鍵技術

　　(1)天然隱晶質石墨的一步化學純化

　　天然石屢的純化目前大多采用酸-堿二步法，不僅生產周期長，而且產生的廢水量特別大。本項目采用自主開發(fā)的以廉價無機鹽與鹽酸組成的復合純化劑。添加滲透劑和催化劑對天然隱晶質石墨進行一步純化處理的方法，生產周期短，產生的廢水量較少，廢水處理成本大幅度降低。

　　(2)開發(fā)高純化處理中試設備

　　開展天然隱晶質石墨低成本超細高純化處理技術研究.優(yōu)化處理工藝，重點研制關鍵設備，降低生產成本，使隱晶質石墨的提純從實驗室擴大到中試水平，使批量生產的高純天然隱晶質石墨產晶含碳量達99.5%以上，生產成本大幅降低:為高純隱晶質石墨的產業(yè)化打下良好的基礎。

　　(3)隱晶質石墨制備石墨烯的放大試驗關鍵技術

　　本項目的另-關鍵技術是批量制備石墨烯。主要的控制因素有兩個，一是選擇適度的氧化劑或調竹氧化劑的量對天然石墨進行適度氧化.得到相應尺度的氧化石墨烯片,另一個是對石墨烯懸浮液進行溶劑熱處理之前，選擇合適的溶劑將Hummers氧化還原過程中的水進行置換。調節(jié)置換工藝時間使溶劑和水置換完全，以便得到高質量石墨烯。

　　(4) 石墨及石墨烯復合材料中石墨與石墨烯的表面改性及分散技術

　　超細高純天然陷品質石那在復合材料基體中的分散均性必影響復合材科性院的關健，擬通過石墨表面改性、添加分散劑和采取超聲分散等技術解決。

　　本項目研究工藝流程如圖1所示。

　　

圖1天然隱晶質石墨純化及石墨/樹脂復合材料工藝流程

　　(三)項目特色

　　(1)采用自主研發(fā)的由廉價無機鹽與鹽酸組成的復合純化劑，添加滲透劑和催化劑天然隱品質石愿進行一步化學純化處理，反應條件溫和，工藝簡單，生產周期短，成本低，適合規(guī)?；a。

　　(2)開發(fā)隱晶質石墨純化裝置，-方面使高純化處理過程中產生的廢水量較少，井通過適當處理后回配使用，對環(huán)境的污染小，另一 方面降低能耗，減少生產成本。

　　(3)采用資源豐富、價格低廉的天然隱晶質石墨作為電熱涂料的導電填料和石墨烯。與目前廣泛使用的其他碳材料相比，具有更好的耐熱穩(wěn)定性能和經濟效益。

　　(四)預期目標

　　(1)深入系統地開展天然隱晶質石墨高純化處理技術研究，確立天然隱晶質石墨步化學純化法制備高純天然隱晶質石墨的工藝條件和技術參數。

　　(2)通過研發(fā)相關提純設備，使隱晶質石墨的提純量從實驗室擴大到生產水平，使批量生產的高純天然隱晶質石墨產品含碳量達99.5%以上。

　　(3)建立年產100噸一步化學純化法制備高純天然隱晶質石墨的中試生產線，使批量生產的高純天然隱晶貢石墨產品含碳量達99.5%以上。

　　(4)研發(fā)出具有自主知識產權的基f高純隱晶質石墨和石墨烯的電熱涂料、柔性顯示材料、鋰離子電池和高性能結構與功能材料。

　　(5)研發(fā)出具有自主知識產權的天然隱晶質石墨烯批量化制備方法:

　　(6) 申請5-10項專利，培養(yǎng)5-10名項目骨干人員。

四、應用或產業(yè)化前景與市場需求

　　我國天然石墨(包括鱗片石墨和隱晶質石墨)資源豐富，石墨儲量、產量及出口量均居世界之首，但由于技術開發(fā)投入不夠，產品深加工水平較低，8前仍以原料生產及初加工產品為主。隱晶質石墨是我國的優(yōu)勢礦產資源之一，主要用于鑄造、石墨電極、電池碳棒和增碳劑等方面，消耗量相對較小，因此我國的隱晶質石墨-直存在供大于求的局面，資源得不到充分的利用，甚至盲目出口，造成資源的浪費,

　　21世紀是一個信息化的時代，移動電話、手提電腦、數碼相機等電子設備已經成為人們日常生活中不可或缺的工具，而這些設備均需要配備鋰離子電池以提供電源。據統計目前我國僅鋰離子電池行業(yè)每年就需要高純天然石墨10萬噸，加上出口每年約需高純天然石墨10萬噸。按年產5000噸鋰離子電池用高性能天然隱晶質石墨烯的近期生產規(guī)模和每噸600元的銷售價格計算，年產值可達3.0億元。為國家增加稅收100萬元，為牲產企業(yè)新增利潤1.0億元。

　　此外，隱晶質石墨作為一種重要的戰(zhàn)略資源.隨著超細化、高純化、球形化和改性技術的進一步開發(fā)， 不僅附加值大幅度提高，而且應用范圍進-步拓寬，在燃料電池、電子、潤滑劑、自動化、熱輻射防護、原子核反應堆、石墨炸彈.火前發(fā)動機。隱身材料等方面也有著廣泛的應用前景。因此本課題技術具有重要的應用推廣與產業(yè)化價值。

五、經濟、社會效益分析

　　該項目屬科技攻關及產業(yè)化項目。實施過程中將依靠科技進步，提高礦產綜合利用科技含量和工藝水平，從該類型礦產資源特點和條件出發(fā)。加強相關綜合利用技術研發(fā)與科技攻關，用先進的科技推動礦產資源向縱深發(fā)展。該課題完成實施后，可達到以下日的:

　　(1)通過對天然隱晶石墨利用新技術的開發(fā)研究，增加隱晶質石墨的可利用資源儲量，提高礦產資源的戰(zhàn)略保障程度，進而促進天然石墨資源的綜合利用技術發(fā)展。提高礦產資源的利用率和綜合利用程度。根據研究成果，為我國的石墨資源綜合利用制定出合理利用指標體系及相關的規(guī)程和參考要求，為礦產管理部門建立礦產資源合理利用監(jiān)督的技術支撐體系。

　　(2)以目前我國鋰離子電池行業(yè)為例我國每年需要高純天然石墨10萬噸，加上出口每年約需高純天然石墨10萬噸.按年產5000噸鋰離子電池用高性能天然隱晶質石墨的近期生產規(guī)模和每噸60000元的銷售價格計算，年產值可達3.0億元,為國家增加稅收1000萬元，為生產企業(yè)新增利潤1.0億元。因此本項目的實施將促進國內天然石墨資源的綜合利用效率，提升石墨產業(yè)的工業(yè)生產水平,拓展石墨制品的用途，特別是在新型清潔能源領域中的應用將大大提升石墨產業(yè)的競爭力，具有重要的應用推廣與產業(yè)化價值。

　　(3)本項目利用石墨純化過程中產生的廢水廢液對石墨進行預處理，使廢液得到充分的回收利用，再采用鈣鹽沉淀+鋁鹽混凝沉淀的方法對廢水進行處理。廢水處理符合國家標準，對環(huán)境無影響。

　　(4)天然隱晶質石墨在電磁屏蔽和吸波、燃料電池、電子、潤滑劑、自動化、熱輻射防護、原子核反應堆、石墨炸彈、火箭發(fā)動機、電熱涂料及制備石墨烯等方面有著廣泛的應用前景，可提升天然隱晶質石墨的深加工技術水平和附加值，解決目前天然隱晶質石墨行業(yè)由于無序競爭而造成的低價傾售和資源大量浪費的嚴重問題，同時也為我國盤活該類礦種，增加有效儲量提供技術支撐。

　　因此本項目的實H將俱進國內天然石周資源的綜合利用效率，提升石墨產業(yè)的工業(yè)生產水平，拓展石墨制品的用途，特別是在新型清潔能源領城中的應用將大大提升石墨產業(yè)的競爭力，具有重要的應用推廣與產業(yè)化價值。

六、現有工作基礎

　　近年來，長沙理工大學-直從事隱品質石墨精、深加工以及石墨烯相關產品的研發(fā)工作.在簡晶質石墨的細化-純化和石墨婚的制備與產品開發(fā)方而取得了系列具有自主知識產權的成果，已授權專利4項，發(fā)表論文二十余篇，出版專著1部.得到了許多有意義的研究結果,相關研究積累將為本項目的順利實施實施嚏定良好基礎。

　　1.隱晶質石墨的純化和細化關鍵技術

　　課題組在國土資源部專項課題-隱品質石墨深加工技術及應用研究支撐下，持續(xù)開展隱品質石墨的純化和細化技術研究，經過8年的不懈努力已掌握相關核心技術并開發(fā)出相關裝備，目前已經能夠將固定碳含量在83%的天然隱品質石墨提純到固定破含量不小于99%，灰分含量不大于1%的石墨，避免了環(huán)境污染。所用方法提升了隱晶質石墨的深加工水平,為解決目前天然隱晶質石墨產品的技術含量和附加值極低、礦產資源的大量流失和浪費問題提供技術支撐，為后續(xù)的開發(fā)應用奠定了基礎。

　　

石墨純化設備

　　2.基于隱晶質石墨的石墨烯制備關鍵技術

　　利用隱晶質石墨為原料,采用氧化還原法制備了低成本較高質量的石墨烯粉末及氣凝膠。已申請發(fā)明專利I項。本發(fā)明方法所得石墨烯及其氣凝膠密度小，整體性好，具有一定的機械強度和回彈性能:所制備的吸波材料電磁波吸收性能好，吸波性能可調:本發(fā)明方法工藝簡單、生產周期短、成本低、效益好，適宜工業(yè)化生產。本發(fā)明氧化石墨烯溶液的制備工藝是通過加入強氧化制，在石期片層之阿抓入含氧官能團。將石那片層之間的間隙增大,再通過水解反應以及期聲處理。將石那片層剩清開，用到氧化石里端.讀制備工藝在保證產品質量的前提下，; 對原有工藝方案進行了探索和改進。破化了工藝步驟。達到了節(jié)約制備時間。提高生產效率的效果，有利于實現工業(yè)化生產。

　　

石墨烯宏觀照片

　　3.隱晶質石墨及其石墨烯的應該研究

　　(1)隱晶質石墨在吸波材料中的應用

　　分別以原礦、純化后以及球磨處理后的天然隱晶質石墨制備了天然隱晶質石墨/L DPE復合材料，探討了天然隱晶質石墨的含量、純度、粒徑對天然隱晶質石墨復合材料吸波性能的影響。研究表明,天然隱晶質石墨復合材料反射率峰值隨著天然隱晶質石墨含量的增加逐漸向低頻移動，反射率峰值先增高后降低。同時天然隱晶質石墨可通過顆粒細化來提高其吸波性能。

　　

 

　　

吸波板材及其橫或面掃描電鏡圖和電磁波吸收性能

　　(2)隱晶質石望在電熱股中的應用

　　將隱品質石是應用于導熱復合材料,結果表明,隱晶質石墨在導熱復合材料中存在較大的潛力。

　　

石墨導熱材料樣品與測試結果

　　(3)石墨烯氣凝膠的制備及其應用

　　利用隱晶質石墨為原料,采用氧化還原法制備了低成本較高質量的石墨烯粉末及氣凝膠。已申請發(fā)明專利I項。該法所得石墨烯及其氣凝膠密度小,整體性好，具有一定的機械強度和回彈性能:本發(fā)明方法工藝簡單、生產周期短、成本低、效益好，適宜工業(yè)化生產.該制備工藝在保證產品質量的前提下，對原有工藝方案進行了探索和改進，簡化了工藝步驟，達到了節(jié)約制備時間，提高生產的效果，有利于實現工業(yè)化生產。

　　

石墨烯宏觀及微觀照片

與項目相關的成果:

專利:

[1]謝煒，壓加才，唐維。除華,還良華，鄧應軍，彭順文.一種提高隱晶質石墨聚合物復合吸波材科性能的方法，發(fā)明專利,專利號:ZL 20121022958.6.

　　

 

[2]謝煒,匡加才,彭順文,唐維,徐華,鄧應軍.一種反應釜,實用新型專利,專利號:ZL 2012 20479516.5.

[3]匡加才，謝煒,彭順文,唐維,徐華,鄧應軍鄭亞亞.一種低壓吸收加料反應 釜.實用新型專利,專利號:ZL 2012 20655224.2.

[4]向青青,謝煒,匡加才，一種用于石型提純的裝置,實用新型專利，專利號:ZL 201420130886.

論文:

[1]Xie Wei, Zhu Xukun, Xu Shang, Vi Shihe, Guo Zhanhu,Kuang Jaca,Deng Yingjun. Cst-fectivc fabrication of graphene-like nanosheets from natural micorstallinc graphite mincrals by liquid oxidation-tcduction method[J].RSC Advances,2017,7(7):32008- 32019.

[2]Xie Wei, Wang Zhen, Kuang Jiacai, Xu Hua, Yi Shie,Deng Yingjun,Cao

Taishan,Guo Zhanhu.Fixed carbon conient and reaction mechanism of natural mcosalline graphite purified by hydrochloric acid and sodium fuoride Intermational Jourmal of Mineral Processing,2016,155(6):45-54.

[3] Xie Wei, Zhu Xukun, Yi Shihe, Kuang Jiacai, Cheng Haifeng, Tang Wei,Deng Yingjun. Electromagnetic absorption propertics >f natural microcrstallinc graphite Materials & Design,2016,90(1):38-46.

[4]謝煒,周洋.彭順文,匡加才,鄭亞亞,易仕和,鄧應軍.隱晶質石墨PVA復合材料導熱性能分忻,功能材料,2016.47(3):03170-03174.

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[6]謝煒,彭順文,匡加才,徐華鄧應軍,鄭亞亞,王真.隱晶質石墨含量與粒徑對復合材料導熱性能的影響,功能材料2014.45(19):19040-19044

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[8]謝煒，彭順文,匡加才,鄧應軍，徐華鄭亞亞，王真. LED燈具石墨散熱器結構優(yōu)化設計.材料導報，2014,28(6):127-131.

[9]謝煒,匡加才，程海峰,周永江,唐維,易仕和隱晶質石墨/LDPE復合材料的吸波性能材料導報,2013,27(10):67-70.

[10]謝煒，彭順文，匡加才，賀家源,徐華，鄧應軍唐維鄭亞亞氫氧化鈣處理隱晶質石墨純化后的酸性含氟廢水研究非金屬礦,2013,36(6):63-65.

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[14]唐維,匡加才,謝煒,徐華，鄧應軍龍春光混合酸純化對隱晶質石墨固定碳含量的影響，炭素技術,2013.32(1):9-12.

[15]唐維,匡加才,謝煒,徐華鄧應軍龍春光。曾斌建,隱晶質石墨純化研究進展化學工程師,2012,26(4):30-33.