單壁碳納米管和石墨烯的制備及其在能源、光電器件和復(fù)合材料等方面的應(yīng)用
項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:1991 年發(fā)現(xiàn)的碳納米管(CNT)以及 2004 年發(fā)現(xiàn)的石墨烯(graphene),分別是一維和二維納米材料的典型代表,被認(rèn)為是 21世紀(jì)的戰(zhàn)略性材料。 本項(xiàng)目發(fā)明了一類新的催化劑和大量制備 SWNTs 的方法,實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量單壁碳納米管的宏量制備(圖 1),純度達(dá) 70%以上,并達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模(達(dá) 200 公斤/年以上)。采用機(jī)械共混及"原位"聚合 等方法,使SWNTs 有效地分散于高分子基質(zhì)中,獲得了以環(huán)氧樹(shù)脂、ABS 及聚氨酯等為基質(zhì)材料,電導(dǎo)率達(dá) 0.2 S/cm、導(dǎo)電臨界含量?jī)H為0.06%、電磁屏蔽效果高達(dá) 49dB 的復(fù)合材料。 本項(xiàng)目首先發(fā)展了一種可大量制備的可溶性功能化石墨烯(SPFGraphene)的方法,實(shí)現(xiàn)了石墨烯的百克級(jí)制備(圖 2)。通過(guò)透射電子顯微鏡(圖 3)及原子力顯微鏡(圖 4)確定了石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu)。 獲得了可溶性石墨烯材料及柔性透明導(dǎo)電薄膜(圖 5);制備了基于石墨烯的高穩(wěn)定性有機(jī)光伏電池及復(fù)合材料。 圖 5、基于石墨烯的透明電極材料 所研制的單壁碳納米管及石墨烯已用于數(shù)十家科研機(jī)構(gòu)的研究和相關(guān)產(chǎn)品/樣機(jī)的研制,包括應(yīng)用于國(guó)家 863 重大汽車電池項(xiàng)目(中科院物理所)和軍工衛(wèi)星電池項(xiàng)目(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所)等。已研制出晶體管、鋰離子電池、超級(jí)電容器(圖 6)以及高性能復(fù)合材料等多種產(chǎn)品,具有廣闊的應(yīng)用前景。應(yīng)用范圍:南開(kāi)大學(xué)在碳納米材料的制備及應(yīng)用研究方面取得了一批開(kāi)創(chuàng)性成果,該項(xiàng)目技術(shù)的推廣,將促進(jìn)我國(guó)新材料、微電子、儲(chǔ)能、資源保護(hù)等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展,為我國(guó)在這一新型納米材料領(lǐng)域占據(jù)有利地位,提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,做出重要貢獻(xiàn)。
南開(kāi)大學(xué)
2021-04-11