RESEARCH AND DEVELOPMENT 研究开发

石墨烯作为纳米碳

有三种典型的物质称为纳米碳：富勒烯、碳纳米管和石墨烯。 富勒烯于1985年被发现，碳纳米管于1991年被发现，当时，这一“发现”本身就被报道为耸人听闻的消息。 另一方面，石墨烯长期以来一直被称为石墨（graphite）的成分，但由于2004年证明它可以从石墨中分离出来，对工业应用的期望突然增加。
石墨烯引起关注的原因之一是石墨作为天然产物大量可用。 这与必须依靠合成方法的富勒烯和碳纳米管有很大不同。 然而，即使使用了丰富的原材料，除非能够有效地从中获得石墨烯，否则将石墨烯用于工业应用并不容易。



石墨烯量产技术
去除石墨角质以获得石墨烯主要有两种方法。 一种是使用珠磨机、球磨机或高压乳化机等设备通过剪切力机械剥离石墨的物理方法。 还有一种使用静电力的剥离方法，例如电场分离。 然而，用这些物理方法，很难大规模生产石墨烯，更不用说单层，甚至多层了。另一方面，众所周知，通过用强氧化剂作用于石墨来去除层间石墨的化学方法适用于石墨烯的大规模生产。 例如，改进的Hammers工艺已成为生产单层石墨烯的标准方法。 与物理方法相比，需要辅助材料（化学品）和特殊的反应过程，但随着过程的简化，降低成本不再是必不可少的问题。


石墨烯处理技术

如果你专注于单层石墨烯，你会遇到处理问题，就像一般的纳米材料一样。 这是因为当单层石墨烯被收集时，石墨烯的独特性质无法通过层之间的重新堆叠（restacking）来提取。 表面活性剂的添加可有效抑制重堆积，但与金属纳米颗粒一样，大量表面活性剂会损害石墨烯的性能。因此，材料创新筑波发明了一种利用碳纳米管作为层间间隔物来防止剥落的石墨烯重新堆叠的方法，并开发了一种由石墨烯和碳纳米管组成的新型复合材料（石墨烯/碳纳米管复合材料）。 即使在干燥的粉末状态下，也保持了单层石墨烯状态，因此石墨烯的特性可以简单地以粉末的形式或通过浆化并应用于必要的部件。


石墨烯家族及其用途
筑波的石墨烯家族有三种类型的材料创新。 第一种是氧化石墨烯（GO），其特点是在水性溶剂中具有良好的分散性。 第二种是石墨烯，层数少，可用于传感器、催化剂等各种应用。 第三种是石墨烯/碳纳米管复合材料。 如上所述，这种材料具有高度维护的石墨烯结构，特别适合作为电池和电容器的电极材料。


电池新材料备受关注

材料创新筑波开发了一种使用石墨烯/碳纳米管作为电极材料的石墨烯超级电容器。 具有高电压、高容量、高能量密度，秒级快速充电，具有高耐用性和安全性。 今后，我们将认真提供适用于可穿戴设备、能量收集用蓄电池、工作支持机器人等广泛应用的样品。