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本項(xiàng)目提出以中國富產(chǎn)的煤炭為前驅(qū)體，采用催化石墨化耦合高溫提純技術(shù)，利用催化劑的溶解再析出機(jī)理和碳化物轉(zhuǎn)化機(jī)理，調(diào)變煤基本有機(jī)結(jié)構(gòu)單元的尺寸，并輔以化學(xué)氧化及低溫等離子等技術(shù)手段，將煤炭基本單元的無序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)和性能可以在一定程度上調(diào)控的煤基石墨烯。項(xiàng)目的實(shí)施將全面詮釋煤粉粒度、有機(jī)顯微組分、無機(jī)顯微組分、揮發(fā)份、固定碳等參數(shù)對煤基石墨烯之形成和組裝的基本影響規(guī)律，研究建立構(gòu)筑煤基石墨烯的新方法及其調(diào)控策略，可以開發(fā)煤炭加工利用的新方向，擴(kuò)大和豐富粉煤利用技術(shù)的內(nèi)涵。 本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于用結(jié)構(gòu)雜亂無章的煤炭構(gòu)筑結(jié)構(gòu)規(guī)整有序、具有豐富而新奇物理特性和許多優(yōu)異化學(xué)性質(zhì)的石墨烯。

春寒料峭，新冠肺炎疫情持續(xù)蔓延，形勢嚴(yán)峻，加上持續(xù)的陰雨天氣，近日武漢的氣溫?cái)嘌率较禄榱吮苊饨徊娓腥荆ＷC通風(fēng)條件，武漢一線醫(yī)護(hù)人員無法在工作、休息區(qū)域開啟空調(diào)加溫。他們身著憋悶的防護(hù)服，衣服汗潮極易受涼，這著實(shí)是抗疫醫(yī)療人員面臨的一個(gè)難題。尤其在醫(yī)療資源短缺的情況下，節(jié)約使用防護(hù)服的他們更值得稱贊。看到這一情況，嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)—廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院鄭南峰教授、薩本棟微米納米科學(xué)技術(shù)研究院吳炳輝副教授，隨即想到課題組前期的一項(xiàng)研究成果——柔性石墨烯加熱膜產(chǎn)品，可以在低溫陰天給醫(yī)護(hù)人員帶來健康保障，更無憂地抗擊疫情。 科技人員工作現(xiàn)場 團(tuán)隊(duì)研發(fā)的石墨烯遠(yuǎn)紅外加熱產(chǎn)品，采用石墨烯導(dǎo)電膜通電后可高效發(fā)射出與人體輻射相近的遠(yuǎn)紅外，能夠提升人的基礎(chǔ)體溫。溫暖守護(hù)的背后是科研工作者的馬不停蹄奮戰(zhàn)，緊急啟動產(chǎn)品生產(chǎn)工藝方案調(diào)整，與下游制作商合作，采取邊生產(chǎn)邊發(fā)貨方式，力爭在疫情期間持續(xù)向湖北武漢抗疫前線輸送石墨烯熱敷腰帶等產(chǎn)品。 產(chǎn)品內(nèi)部件制作現(xiàn)場 受限于學(xué)生延遲開學(xué)而導(dǎo)致研發(fā)人手不足的現(xiàn)狀，由鄭南峰教授、吳炳輝副教授及石墨烯工程與產(chǎn)業(yè)研究院6位工程師，親自下到生產(chǎn)一線，聯(lián)合廈門晞和科技有限公司徹夜加班趕制了一批電熱護(hù)腰帶、地板加熱片、加熱床墊等石墨烯遠(yuǎn)紅外加熱產(chǎn)品，于2月20日一早將第一批產(chǎn)品通過中山醫(yī)院搭乘專機(jī)馳援湖北一線，為醫(yī)護(hù)人員開展救治和患者康護(hù)貢獻(xiàn)廈大力量。 團(tuán)隊(duì)成員向醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員講解使用方法 廈大附屬中山醫(yī)院援助武漢抗擊新冠肺炎的二隊(duì)醫(yī)院人員表示，這段時(shí)間的武漢較為陰冷，廈大的石墨烯加熱腰帶及地暖等產(chǎn)品他們已經(jīng)開始使用，操作方便并且加熱保暖效果非常好，他們衷心感謝廈大和嘉庚實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)的支持和幫助。 鋪在武漢醫(yī)護(hù)人員房間的地暖產(chǎn)品 患難見真情，天寒暖人心。我校科研工作者在奮斗一線的同時(shí)，與我校石墨烯工程與產(chǎn)業(yè)研究院密切合作的福建經(jīng)緯集團(tuán)有限公司也提供了口罩物資援助，在這個(gè)抗疫的冬天，所有人的行動都暖在心，武漢加油！

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨(dú)特本征性質(zhì)的石墨烯三維體相材料是材料學(xué)研究中兼具學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用意義的重大挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨(dú)立且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學(xué)鍵構(gòu)筑而成。該材料具有良好的機(jī)械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發(fā)射能力，在瓦特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料樣品可以在真空條件下實(shí)現(xiàn)有效的直接光驅(qū)動，此現(xiàn)象為國內(nèi)外所首次觀察及報(bào)道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應(yīng)用價(jià)值。上述材料的制備及相關(guān)性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉(zhuǎn)換與存儲等領(lǐng)域的應(yīng)用提供材料支持與相關(guān)理論支撐。

具有較大可逆形變功能的彈性材料在各種工程應(yīng)用中具有廣泛需求。然而，當(dāng)溫度顯著降低時(shí)，材料延展性或彈性通常會受到損害。到目前為止，還沒有材料能夠?qū)崿F(xiàn)在外太空等深低溫下具有高彈性。近日，南開大學(xué)陳永勝團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種三維交聯(lián)的石墨烯材料，在4K的深低溫到1273K的高溫溫度區(qū)間材料超彈性行為幾乎不變。在4K超低溫條件下，具有與室溫相同的力學(xué)性能：幾乎完全可逆的超彈性行為（高達(dá)90％的應(yīng)變），楊氏模量不變，泊松比接近零，循環(huán)穩(wěn)定性好。原位實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果表明，這種超彈性得益于獨(dú)特結(jié)構(gòu)的協(xié)同結(jié)果：單個(gè)石墨烯片層的本征彈性和片層之間的共價(jià)連接。

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨(dú)特本征性質(zhì)的石墨 烯三維體相材料是材料學(xué)研究中兼具學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用意義的重大挑 戰(zhàn)。本項(xiàng)目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨(dú)立 且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學(xué)鍵構(gòu)筑而成。該材料具 有良好的機(jī)械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發(fā)射能力，在瓦 特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石 墨烯材料樣品可以在真空條件下實(shí)現(xiàn)有效的直接光驅(qū)動，此現(xiàn)象為國 內(nèi)外所首次觀察及報(bào)道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應(yīng)用價(jià) 值。上述材料的制備及相關(guān)性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉(zhuǎn)換 與存儲等領(lǐng)域的應(yīng)用提供材料支持與相關(guān)理論支撐。 項(xiàng)目特色： 1.制備了基于二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學(xué)鍵構(gòu)筑而成 三維石墨烯體相材料，該材料不僅保留了二維石墨烯材料的本征性質(zhì)， 而且具備優(yōu)良的機(jī)械及光電性能。 2. 在國內(nèi)外首次觀察到厘米級尺寸的裸眼可見的宏觀石墨烯樣 品，只依靠瓦特級別的光作為單一驅(qū)動源，即可實(shí)現(xiàn)較大距離(數(shù)十厘 米)的有效的運(yùn)動，并提出了光致電子發(fā)射驅(qū)動的機(jī)理解釋上述三維 石墨烯體相材料獨(dú)特的光驅(qū)動， 3. 上述材料的制備與性能研究揭示通過有效合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑手 段，能夠得到以二維石墨烯作為構(gòu)成單元，并有效保留其獨(dú)特二維性 質(zhì)和兼具三維宏觀形態(tài)的石墨烯體相材料，此項(xiàng)研究為其它二維材料 的開展類似工作并拓展其應(yīng)用提供了范例和思路。已取得的成果： 項(xiàng)目的標(biāo)志性研究結(jié)果于 2015 年 6 月在線發(fā)表于 Nature Photonics，并于 2015 年 7 月正式發(fā)表（Nature Photonics, 2015, 9, 471- 476）。雜志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene” 發(fā)表了專題評論。英國著名科普雜志 New Scientist 以“Spacecraft built from graphene could run on nothing but sunlight”為題報(bào)道了此研究， 指出該成果“再為石墨烯這種優(yōu)良材料增添了一種驚人的性能”。國 內(nèi)主要媒體包括人民日報(bào)、光明日報(bào)、新華網(wǎng)以及多家門戶網(wǎng)站等均 對此研究進(jìn)行了報(bào)道，中央電視臺《新聞聯(lián)播》欄目于 2015 年 6 月 21 日也對此進(jìn)行了報(bào)道。 市場應(yīng)用前景： 空間飛行器是人類探索宇宙的重要工具，而動力源問題一直羈絆 著人類無法走得更遠(yuǎn)。目前幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學(xué)驅(qū) 動，即通過噴射燃燒的化學(xué)物質(zhì)來獲得驅(qū)動力，光直接驅(qū)動飛行是科 學(xué)界和航空界多年的夢想。

Ag 納米顆粒具有優(yōu)異的抗菌及殺菌性能，且具有廣譜性及無抗藥性。石墨烯是近年來最熱門的材料之一，可以作為載體制備納米復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用在光電，電池，生物，醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。對比目前 Ag 抗菌材料的載體如沸石，二氧化硅等來說，石墨烯具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，其高的比表面積，穩(wěn)定的物理及化學(xué)性質(zhì)，可以優(yōu)化 Ag 基納米顆粒的生長，控制其形貌尺寸，從而獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料。 其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)以及界面性能使其可以組裝成不同應(yīng)用環(huán)境的器件，因此具有廣泛的適用范圍和廣闊的應(yīng)用前景。重要的是，石墨烯還具有良好的生物相

Ag納米顆粒具有優(yōu)異的抗菌及殺菌性能，且具有廣譜性及無抗藥性。石墨烯是近年來最熱門的材料之一，可以作為載體制備納米復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用在光電，電池，生物，醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。對比目前Ag抗菌材料的載體如沸石，二氧化硅等來說，石墨烯具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，其高的比表面積，穩(wěn)定的物理及化學(xué)性質(zhì)，可以優(yōu)化Ag基納米顆粒的生長，控制其形貌尺寸，從而獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料。其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)以及界面性能使其可以組裝成不同應(yīng)用環(huán)境的器件，因此具有廣泛的適用范圍和廣闊的應(yīng)用前景。重要的是，石墨烯還具有良好的生物相容性，是抗

一、項(xiàng)目分類 顯著效益成果轉(zhuǎn)化 二、成果簡介 本項(xiàng)目開創(chuàng)性地將石墨烯用于包覆鈦酸鋰，通過獨(dú)特的加工工藝制得業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的石墨烯包覆鈦酸鋰材料，有效地解決了鈦酸鋰負(fù)極材料的產(chǎn)氣問題，并以此為基礎(chǔ)制得了高性能的鈦酸鋰超級電池。該電池單體可8C持續(xù)放電，20C脈沖放電，充放電循環(huán)大于30000次，10分鐘可充電90%以上，低溫性能優(yōu)異（可在-40度環(huán)境下放電）。 石墨烯具有高導(dǎo)電性和優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性，通過石墨烯的均勻包覆改善了鈦酸鋰的電子電導(dǎo)性，進(jìn)而提升了電池的大倍率充放電能力和高低溫性能。同時(shí)，石墨烯包覆降低了材料充放電過程中的極化，提高了材料的容量發(fā)揮，通過鈍化鈦酸鋰材料表面的活性位點(diǎn)，解決了其產(chǎn)氣問題。利用該負(fù)極材料做成鈦酸鋰超級電池，具有優(yōu)異的倍率充放電性能、長壽命、高安全性能和優(yōu)異的低溫充放電性能。 本項(xiàng)目首先開發(fā)了石墨烯包覆的鈦酸鋰材料，采用高溫固相法合成，X射線衍射圖譜證明其為標(biāo)準(zhǔn)的鈦酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)，微觀上由100-200nm的一次顆粒組成的微米和亞微米級二次球形顆粒，D50為15±5μm，1C可逆容量大于155mAh/g。 獲得了基于石墨烯包覆鈦酸鋰負(fù)極材料的鈦酸鋰超級電池，通過串并聯(lián)成組后可以用于低溫啟動電源，軌道交通，儲能等領(lǐng)域，在長壽命、高安全、快充和低溫充放電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

項(xiàng)目簡介：  石墨烯屬于碳納米材料家族中的一員，具  有高硬度、高

石墨烯作為化工新材料是目前的研究熱點(diǎn)，其規(guī)模化制備是難點(diǎn)。超重力旋轉(zhuǎn)床作為一種新型反應(yīng)器，在化工過程強(qiáng)化等領(lǐng)域具有總要的應(yīng)用，且無明顯放大效應(yīng)。以超重力旋轉(zhuǎn)床作為石墨（氧化石墨）剝離和還原的反應(yīng)器制備石墨烯，具有效率高、產(chǎn)品質(zhì)量及應(yīng)用性能好等特點(diǎn)。目前已達(dá)到中試水平。 本技術(shù)屬于石墨烯制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到用超重力法以石墨為原料制 備高性能石墨烯的方法。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體，是構(gòu)成石墨、碳納 米管、富勒烯等碳材料的基本結(jié)構(gòu)單元，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、高強(qiáng)度、 高透明度和超大的比表面積及良好的生物相容性，在復(fù)合材料、電子器件、電 能儲存裝置、生物傳感器、催化劑載體等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用效果及前景，是 目前最熱研究領(lǐng)域之一，也有大量的潛在需求。實(shí)現(xiàn)其高性能低成本規(guī)模化制 備是其應(yīng)用的前提和保障，因此更是人們關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。 現(xiàn)有的石墨烯制備方法很多，如：機(jī)械剝離、化學(xué)氣相沉積、液相剝離法、 化學(xué)氧化-剝離-還原、碳納米管切割以及完全有機(jī)合成等。在這些方法中，機(jī) 械剝離法雖然能得到高性能的石墨烯，但產(chǎn)量很小，主要用于科學(xué)研究；化學(xué) 氣相沉積法雖然可合成量較大的產(chǎn)品，但設(shè)備復(fù)雜且成本較高，限制了其應(yīng)用； 完全有機(jī)合成法得不到大面積的石墨烯片。低成本剝離法和化學(xué)氧化-剝離-還 原法通常以廉價(jià)的石墨為原料，在低溫常壓下進(jìn)行制備，其成本較低且易放大規(guī)模，是石墨烯規(guī)模合成的重點(diǎn)研究方向。 目前用于剝離的裝置主要有超聲波清洗器、微波爐、球磨機(jī)、超臨界裝置 等。在這些裝置中，超聲波清洗器雖然使用的最多，但其剝離時(shí)間長、產(chǎn)率低、 對石墨烯片的晶體完整性和結(jié)構(gòu)破壞大，影響其導(dǎo)電性和其他應(yīng)用性能；微波爐剝離利用微 波爐加熱集中、功率大的特點(diǎn)，加熱使石墨或預(yù)氧化石墨迅速膨脹，達(dá)到剝離 的效果，該方法過程較為劇烈，產(chǎn)物損失不可控，而且所得到的石墨烯缺陷較多；球磨機(jī)制備出來的石墨烯片小；超臨界裝置制備成本高、需要反復(fù)多次剝離才能達(dá)到較好的效果， 不適于規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn))。所以如何找到一種可以大規(guī)模剝離且對石墨烯性能影響小的剝離方 法和裝置是本領(lǐng)域需要解決的一個(gè)問題。 超重力技術(shù)是利用比地球重力加速度大得多的超重力環(huán)境對傳質(zhì)、傳熱過 程和微觀混合過程進(jìn)行強(qiáng)化的新技術(shù)，在地球上通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生模擬的超重力環(huán) 境而獲得。它能夠大幅度提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性，顯著地縮小反應(yīng)器的體 積，簡化工藝、流程，實(shí)現(xiàn)過程的高效節(jié)能，減少污染排放。在超重力旋轉(zhuǎn)床 內(nèi)氣體呈連續(xù)相均勻分布，液體被分散成大量的液滴、液絲和液膜，具有極大 的比表面積。研究表明：在超重力環(huán)境下相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)塔器提高1～3 個(gè)數(shù)量級，微觀混合和傳質(zhì)過程得到極大強(qiáng)化。超重力過程強(qiáng)化技術(shù)已被大量 用作需要對相間傳遞過程進(jìn)行強(qiáng)化的多相過程，和需要對相內(nèi)或擬均相內(nèi)微觀 混合強(qiáng)化的混合與反應(yīng)過程，并達(dá)到了工業(yè)化水平或中試水平。目前還沒有出 現(xiàn)過將超重力技術(shù)應(yīng)用在石墨領(lǐng)域的例子。 本項(xiàng)目要解決的技術(shù)問題是提供一種超重力法制備石墨烯的方法；通過對 石墨進(jìn)行預(yù)處理，使石墨的層間距增大，之后在超重力旋轉(zhuǎn)床中剝離預(yù)處理石 墨，得到石墨烯；該制備方法簡單易行，低成本、高產(chǎn)量，適合大規(guī)模生產(chǎn)， 具有廣泛的應(yīng)用前景，該方法制備的石墨烯具有很高的導(dǎo)電率和極少的缺陷。 本發(fā)明提供一種超重力法制備石墨烯的方法，包括以下步驟： 1）以石墨為原料，對石墨進(jìn)行預(yù)處理，使石墨的層間距增大，得到預(yù)處 理石墨； 2）在超重力旋轉(zhuǎn)床中剝離預(yù)處理石墨，得到石墨烯。