转自:  石墨烯联盟,X一MOL资讯


  我国在石墨烯领域的研究水平在国际上具有很强的竞争力,包括石墨烯净水技术在内的一些技术突破正逐渐从实验室走向市场应用。我们相信,与石墨烯有关的新技术、新发明会在不远的将来走进人们的日常生活,给人类带来巨大福音。


  2017年,英国和中国的科学家先后利用不同方法,实现了对氧化石墨烯层间距的精确控制,使得体积较小的水分子可以顺利通过,而盐离子则被“堵在门外”。该成果展现了氧化石墨烯在海水淡化领域的巨大潜力。


  氧化石墨烯是石墨烯的“孪生弟弟”。自2004年英国物理学家在实验室内用看似不可思议的“撕胶带”的方法,从大块石墨中剥离出科学家曾理论预言不可能稳定存在的单层石墨烯以来,石墨烯这一科学名词已变得家喻户晓。短短十几年,围绕石墨烯的各项研究发展迅猛,并展现出极其广阔的应用前景。


  石墨烯是“碳材料家族”中的一员,是由一个个碳原子在平面内按照六边形蜂窝状结构排列形成的一种层状材料。由于其厚度只有一个碳原子的大小,约为0.34纳米,相当于一根头发丝的二十万分之一,是人类迄今为止发现的最薄的材料,石墨烯也被称作是一种二维材料。


  正是由于这种特殊的二维原子结构,石墨烯展现出了许多普通三维材料并不具备的奇异性质。单层石墨烯的透光率高达97.7%,肉眼看过去几乎是完全透明的。它有着绝佳的导热性,热传导能力是金刚石的两倍以上。石墨烯的机械强度极大,比钢铁还要强200倍,如果把1平方米的单层石墨烯做成一张吊床,区区0.34纳米的厚度便可以稳稳地承载一只猫。石墨烯还具有十分优良的电学性质,导电性比银和铜还强,载流子迁移率比碳纳米管和硅还高。


  基于石墨烯极其优异的物理特性,人们对它的应用寄予厚望。近十年的研究表明,石墨烯在基础研究、高频电子器件、柔性显示、电化学生物传感器、新能源电池、超级电容、导热材料、航空航天等领域有着非凡的应用潜力,被誉为“黑金”和“新材料之王”。


  在众多潜在应用中,石墨烯净水技术不仅在原理上具备较高的可行性,在实验室也取得了许多重大突破。众所周知,活性炭作为一种常见的传统污水处理材料,内部有很多疏松的孔隙,具有很强的吸附能力。而石墨烯特殊的层状和孔状结构,使其吸附能力是活性炭的成百上千倍。在此基础上,科学家通过微观调控、修饰与改性,制造出了许多种不同的具有超高效吸附特性的石墨烯基吸附材料,它们不仅能吸附超过自身质量数百倍的污染物,还可以循环使用,大大降低使用成本。可以说,石墨烯在污水处理和海水淡化方面提供了令人惊喜的全新解决方案。


  目前,中国石墨烯产业已被列入《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》和“中国制造2025”重点发展领域之一。我国在石墨烯领域的研究水平在国际上具有很强的竞争力,包括石墨烯净水技术在内的一些技术突破正逐渐从实验室走向市场应用。我们相信,与石墨烯有关的新技术、新发明会在不远的将来走进人们的日常生活,给人类带来巨大福音


来源:


2017年全国及各省市石墨烯最新政策汇总(全)!

  新兴技术的发展离不开政策的支持与引导,虽然相比于国外政府,我国对石墨烯的扶持政策显得有点“慢”,但我国石墨烯在政策方面存在“后发优势”,政府各部门及地方各省市均出台了多项与石墨烯发展相关的法规与政策,共同推动石墨烯产业做大做强。


  由于石墨烯在电、热、光等诸多领域表现出的卓越性能,被称为 “新材料之王”,作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21 世纪”,掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。


  新兴技术的发展离不开政策的支持与引导,虽然相比于国外政府,我国对石墨烯的扶持政策显得有点“慢”,直到2012年才在工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》中首次明确提出“支持石墨烯新材料发展”。


  但我国石墨烯在政策方面存在“后发优势”,2015年以来我国政府各部门出台了多项与石墨烯发展相关的法规与政策,尤其是2015年11月30日发布的《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》,成为我国石墨烯领域首个国家层面纲领性文件,《意见》提出将石墨烯产业打造成先导产业,逐渐实现石墨烯材料在部分工业产品和民生消费品上的产业化应用,并提出到2020年,形成完善的石墨烯产业体系。


  根据前瞻产业研究院发布的《2018-2023年中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》统计,自2012年起我国已累计出台10余项石墨烯相关政策,其中2017年有两项。进入2017年年初,工信部、发改委、科技部、财政部又联合印发了《新材料产业发展指南》,该指南对于石墨烯、超导材料等提出了任务要求,明确提出大力发展石墨烯产业;此后在4月27日,科技部印发的《“十三五”材料领域科技创新专项规划》也明确提到石墨烯等纳米材料技术。


图表1:截至2017年我国石墨烯相关法规及政策汇总(一)


图表2:截至2017年我国石墨烯相关法规及政策汇总(二)


2017年各省市石墨烯相关政策汇总


  地方省市更是出台了诸多针对石墨烯的专项政策,例如常州市设立25亿元“碳专项资金”;深圳提出将建全国乃至全球石墨烯产业中心;广西发布了全国首个石墨烯系列地方标准,引导当地相关产业快速发展。


  还有部分省市直接在规划中提出了对未来的具体目标,比如《无锡石墨烯产业发展规划纲要》提出“到2020年,石墨烯及相关产业规模达到300亿元,其中上游石墨烯材料60亿元,下游石墨烯相关应用产品240亿元”;宁波提出“到2023年,建成具有国际竞争力的石墨烯产业集群,石墨烯生产制造产量达到万吨级,关联产业发展产值实现千亿元”…等等。


  随着地方政府的积极介入,石墨烯产业已经初步形成政府、科研机构、研发和应用企业协同创新的“官产学研“合作对接机制,良性发展态势有助于石墨烯企业充分享受地方政策、税收优惠以及资金支持,未来产业化发展有望加速。


图表3:截至2017年部分省市石墨烯规划汇总(一)


图表4:截至2017年部分省市石墨烯规划汇总(二)


2017年常州石墨烯政策解读


  2017年7月5日,武进区发布《关于进一步加快先进碳材料产业创新发展的若干意见》,这意味着常州石墨烯小镇规划已有蓝图。


  根据《意见》,2017-2020年,武进区将设立25亿元“碳专项资金”,其中20亿元先进碳材料产业发展基金、5亿元产业扶持基金,加快先进碳材料产业创新发展,进一步巩固武进在国内石墨烯产业政策高地的地位;到2020年,力争全市规模以上石墨烯产业产值达300亿元以上,集聚石墨烯相关企业300家以上,推动石墨烯产业做大做强,创成国家级石墨烯创新中心。


图表5:常州石墨烯产业主要规划


来源:石墨烯资讯


从狗屎到激光——石墨烯的花式制备

转自转自转自:X一MOL资讯


前两天,小希写了篇石墨烯染发剂的文章(点击阅读相关),有些读者感叹“石墨烯真的啥都行呀”,也有些读者哀嚎“读到博士,头发都没了,还担心白发?”,强烈要求开发“石墨烯生发剂”……石墨烯能否生发,这个还从来没有人试过,拿身边的几个师兄师弟试手?算了吧,万一实验失败怕被打死……既然生物活性没法测试,那有没有其他方法让石墨烯发挥生发效果呢?当然有,如果靠石墨烯发篇好paper,研究生就不愁毕业,博后就不愁找工作。“愁”都没有了,白发当然也就不会“三千丈”了,长出乌亮的新头发不就是指日可待的事情?


估计有人会说,靠石墨烯发好paper哪有那么容易!的确不容易,如果你脑洞不够巨大,思路不够奇葩。今天小希就带大家领略一下美国莱斯大学James M. Tour教授课题组关于石墨烯的一系列工作,读者们可以各自体会一下。


从小希一年前的一篇文章说起吧,只看标题“那些年,大神们用来做石墨烯的豆油、饼干、鸡骨头、牛粪……”(点击阅读相关),心中大概就有几分感受了吧。文中就聊到莱斯大学的James M. Tour课题组用饼干、巧克力、杂草、塑料和狗粪等做碳源制备石墨烯,当时调侃道,“笔者严重怀疑烧过狗粪的管式炉会不会散发一种奇怪的味道”[1]

实验过程图。图B铜箔上放的是一只蚂蚱腿。图片来源:ACS Nano [1]


别以为他们只在碳源上做文章,该课题组激光也玩的非常溜。近日,他们通过激光诱导的方法制备石墨烯(laser-induced graphene,LIG),可使用的前驱物包括面包、椰子壳、土豆皮、布料、纸张等等,应用范围也非常广泛[2] 前面提到的狗粪等碳源制备石墨烯的paper,和最近的LIG工作,都发表在ACS Nano 杂志上。

由椰子壳、面包制备激光诱导石墨烯示意图。图片来源:ACS Nano [2]


其实,早在2014年该课题组就开始了激光制备石墨烯的研究。最早采用的前驱体是聚酰亚胺薄片,条件也比较苛刻,需要在惰性气体保护下完成制备过程[3] 后来他们还在不同的制备气氛下,控制激光诱导石墨烯表面的亲水性和疏水性[4] 这两篇文章分别发表在Nat. Commun. Adv. Mater. 上。

激光诱导石墨烯装置示意图。图片来源:Adv. Mater[4]


此后,他们又在木头上制备了激光诱导石墨烯。通过研究发现,木质纤维素是制备石墨烯的重要来源,该过程分成两步。首先,激光先将木头中的木质纤维素灼烧成无定形碳;然后无定形碳选择性地吸收红外线,转变为石墨烯。因此,激光波长和功率的选择都非常重要,同时木头中木质素含量也很重要,比如松树中木质素含量较高,更容易制备高质量的石墨烯[5] 这篇文章发表在Adv. Mater.上。

木材制备激光诱导石墨烯示意图及电镜照片。图片来源:Adv. Mater. [5]


随后,研究者发现面包、椰子壳、土豆皮、布料、纸张等物质中木质素含量也很丰富,因此这些前驱物也可以成为制备激光诱导石墨烯的来源。而且这些材料本身非常便宜,容易生物降解。于是,就有了最近的这篇ACS Nano

在椰子壳、土豆皮、面包上制备激光诱导石墨烯及其表征。图片来源:ACS Nano  [2]


使用工业级激光器,研究者通过多脉冲激光刻划(multiple pulsed-laser scribing)方法在椰子壳上制备了微型超级电容器。电化学测试表明,这种微型超级电容器具有不错的电学性能。

椰子壳上的微型超级电容器及循环伏安法测试。图片来源:ACS Nano [2]


“我们发现,可以在面包或纸张布料中添加阻燃剂来促进无定形碳的形成,”该文第一作者Yieu Chyan说,“现在我们已经可以把所有材料直接放在空气中,室温下就可完成,不再需要惰性气体保护。”[6]

博士生Yieu Chyan(左)和James M. Tour教授(右)手持他们的石墨烯产品。图片来源:Jeff Fitlow / Rice University [6]


“很多时候,在我们没有将某些东西变为现实之前,它的优点是不为人知的。” Tour教授说,基于这种技术,“也许所有的食物未来都会有一个小小的RFID标签,可以告诉你它在哪里被生产、储存了多长时间、原料来自哪个国家和城市以及到达餐桌的过程。所有这些都不需要单独的标签,而是直接印在食物之上。”[6]

面包上的石墨烯“猫头鹰”(来自莱斯大学校徽)。图片来源:Jeff Fitlow / Rice University [6]


视频来源:Brandon Martin / Rice University


其实,这些看似脑洞大开的工作体现了James M. Tour教授的一个理念:任何物质,只要碳含量合适,都可用于制备石墨烯。再考虑到石墨烯优异的理化及电学性质和宽泛的应用领域,二者联合起来就会创造超多的可能。激光诱导石墨烯也的确有着广泛的用途,目前已将其应用于超级电容器[2,7]、催化电解水[8]、压电应变计[9]、抗菌材料[10]、传感器[11]、光电探测器[12] 等领域。


最后想起来一个故事。几年前,有个课题组发了篇Nat. Commun.,据说,实验思路完全来自一场“事故”。学生吃饭的时候忘了关激光器,吃完饭还回宿舍睡了一觉,直到被老师发现,一个电话从睡梦中惊醒。学生毫无疑问被一顿好训,不过之后他们意外地发现,激光一直烧灼的地方,有量子点产生,于是就有了激光照射法(laser ablation/irradiation)制备量子点的Nature子刊[13]


如果连吃饭、睡觉都与做科研带着点关系,不发文章实在是幸运女神对不住你。



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