碳納米材料作為新型材料界的“紅人”，具有高端應(yīng)用與復(fù)合應(yīng)用的雙重優(yōu)勢；其突出的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能引發(fā)了國內(nèi)外持久的研究熱潮，被譽(yù)為推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型和升級換代的重要推手。

近期，中國粉體網(wǎng)聯(lián)合江蘇省納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所主辦了以“碳納米材料產(chǎn)業(yè)化”為主題的“2018低維碳納米材料制備及應(yīng)用技術(shù)交流會”。綜合來看，碳納米材料要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化需要走這三步。

第一步：料要成材

以石墨烯為例，大規(guī)模制備高質(zhì)量石墨烯是其應(yīng)用的基礎(chǔ)，石墨烯原料主要為鱗片石墨，目前制備的方法有：機(jī)械剝離法、化學(xué)氧化法、晶體外延生長法、化學(xué)氣相沉積法等。具體對比如下：

2018低維碳納米材料制備及應(yīng)用技術(shù)交流會上，來自北卡羅萊納州中央大學(xué)的戴貴平教授為我們帶來一種新鮮的研究思路：采用三聚氰胺作為原料制備三維石墨烯與氮沉積碳納米管復(fù)合材料。因為三聚氰胺里既有N原子又有C原子，可以同時提供實驗所需的氮源和碳源。

第二步：材要成器

第二步是實現(xiàn)石墨烯等碳納米材料產(chǎn)業(yè)化最為關(guān)鍵的一步，是聯(lián)通材料與應(yīng)用的紐帶。石墨烯的表面狀態(tài)非常穩(wěn)定，親油性和親水性都很差，不能有效地與復(fù)合材料基體進(jìn)行復(fù)合，并且易形成團(tuán)聚體。因此，對石墨烯進(jìn)行表面改性以及分散尤其重要。

石墨烯的分散方法

除了了解分散方法，分散結(jié)果的表征也尤為重要，常用的表征方法主要有測量沉降速度、測量堆積密度、采用濁度計、測量Zeta 電位以及測量粒度分布，其中粒度分布的測量已為人們所熟知。

用激光粒度儀測量粉末的粒度分布來表征分散性，主要是應(yīng)用光的散射原理和儀器的光學(xué)結(jié)構(gòu)，計算機(jī)事先計算出了儀器測量范圍內(nèi)各種直徑粒子對應(yīng)的散射光能分布，通過適當(dāng)?shù)臄?shù)值計算，得到與之相應(yīng)的粒度分布。

通常顆粒的平均粒徑越小，表明顆粒分散性越好，即沒有或只有少量軟團(tuán)聚，該方法可以用來檢驗各種方法的分散效果。

第三步：器要成用

碳納米材料應(yīng)用廣泛，以石墨烯為例，石墨烯的復(fù)合材料是石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域中的重要研究方向，其根據(jù)復(fù)合材料的不同主要分為以下幾類：

1、“石墨烯+涂料”

石墨烯同時具備優(yōu)異的導(dǎo)電性和防腐蝕性能，因此可以用于導(dǎo)電涂料和防腐涂料。

石墨烯防腐涂料“迷宮效應(yīng)”示意圖

2018低維碳納米材料制備及應(yīng)用技術(shù)交流會上，青島德通納米于錦女士（代蕭小月博士）介紹了石墨烯的化學(xué)以及物理分散方法以及應(yīng)用于防腐涂料的實際案例。

2、“石墨烯+新能源汽車”

石墨烯復(fù)合材料可替代金屬或玻璃鋼用于汽車殼體，具有質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，可設(shè)計性強(qiáng)的特點。除此之外，還可用于新能源汽車的儲能材料：

來自中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所劉立偉研究員介紹的高質(zhì)量薄層石墨烯薄膜可用于鋰電電芯正極導(dǎo)電漿料、鋰電前驅(qū)體材料制備導(dǎo)電漿料以及鋰電鋁箔涂炭漿料。

常州大學(xué)的馬昕教授分析了鋰電池及原材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，并介紹了低維碳納米材料作為鋰電池導(dǎo)電劑的多項優(yōu)勢以及新研發(fā)的硅負(fù)極材料。

3、“石墨烯+導(dǎo)熱材料”

石墨烯是一種超級新型納米材料，具有超高強(qiáng)度、超高導(dǎo)熱系數(shù)，通過工藝處理可以得到性能良好的碳基導(dǎo)熱膜。

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所林正得提出將石墨烯附著到海綿等多孔結(jié)構(gòu)的材料，得到的三維石墨烯材料的導(dǎo)熱率會大幅度提高，而且成本較低。

中國科學(xué)院過程工程研究所崔彥斌研究員將石墨烯加到環(huán)氧樹脂中，通過大大提高導(dǎo)熱率制備出碳基導(dǎo)熱膜，而且相比于國外市場的導(dǎo)熱膜，具有價格低的優(yōu)勢。

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綜述：

一個材料的興起必然要經(jīng)過三個階段：料要成材；材要成器；器要成用。石墨烯產(chǎn)業(yè)目前尚處于技術(shù)概念期，要真正進(jìn)入產(chǎn)品導(dǎo)入期和市場擴(kuò)張期，還有相當(dāng)長的一段時間。但是從“書架”走向“貨架”已成必然，讓我們共同期待碳納米材料即將帶給我們的嶄新未來！