中國從玉米芯裏“變出”石墨烯 石墨烯是什麼?
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傳統印象裏石墨烯只能來源於石墨礦物質,現如今有一種新方法顛覆傳統,我國專家利用從玉米芯中提取糠醛等物質後剩餘的纖維素爲原料製備了生物質石墨烯材料,同時還實現了批量生產,已創超億元產值。近日,由黑龍江大學和濟南聖泉集團股份有限公司聯合完成的“生物質石墨烯材料綠色宏量製備工藝”項目通過專家組鑑定,鑑定結果認爲該項目在國際上首創從生物質中提取製備石墨烯材料的技術路徑,方法綠色環保、成本低,生物質石墨烯材料質量高、導電性優異。
常規石墨烯材料生產主要有三種方式,一種是對石墨進行剝離,第二種是對天然氣、甲烷等進行化學氣相沉積,第三種是氧化石墨還原法。以上方法存在生產週期長、環境污染嚴重以及產能受限等問題。付宏剛教授帶領的黑龍江大學功能無機材料化學實驗室是教育部重點實驗室,他們獨闢蹊徑利用玉米芯裏纖維素進行化學重組,從而合成生物質石墨烯材料。該團隊通過“基團配位組裝析碳法”實現了生物質石墨烯材料的宏量製備,同時還在研發利用玉米秸稈製備石墨烯的製備工藝。在2014年建立了世界上首條年產20噸的生物質石墨烯材料宏量製備生產線,並在2016年擴產至年產100噸。首創將生物質石墨烯材料應用於多種纖維複合併成功實現均勻分散,首次實現了生物質石墨烯材料的成果轉化和石墨烯纖維製品的商業化。在我國,生物質中僅玉米芯的年產量就高達1億噸,大部分集中於東北三省、山東省、河北省,年產100噸生物質石墨烯材料所支撐的產品線可帶來產值3—5億元。
石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,成功從石墨中分離出石墨烯,證實它可以單獨存在,兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯既是最薄的材料,也是最強韌的材料,斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性,拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強度最高的材料,如果用一塊麪積1平方米的石墨烯做成吊牀,本身重量不足1毫克便可以承受一隻一千克的貓。石墨烯目前最有潛力的應用是成爲硅的替代品,製造超微型晶體管,用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅,計算機處理器的運行速度將會快數百倍。另外,石墨烯幾乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常緻密,即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特徵使得它非常適合作爲透明電子產品的原料,如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。
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