低成本、高品质生物基石墨烯诞生

　　石墨烯是一类新型的碳材料，也是目前世界上最薄最坚硬的纳米材料，在导热、导电、透光性能、气体阻隔方面具有卓越的特性。因此，石墨烯也被称为“梦幻材料”。从目前石墨烯产品的宏观形态和层数来看，石墨烯产品可以分为寡层石墨烯微粉和大面积单层石墨烯。前者主要利用化学氧化还原法或者机械剥离法进行制备，潜在的应用领域为复合材料，导电油墨，传感器以及电池电极等。后者主要通过化学气相沉积法获得，潜在的应用领域为透明触摸屏等。当前，两类产品都展开了竞争激烈的工业化研究，而在寡层石墨烯微粉领域的竞争尤为白热化。但是目前高昂的价格严重限制了石墨烯的应用，开发低成本高品质的石墨烯是当前研究的焦点。

　　中科院宁波材料所在石墨烯制备和应用技术上取得了系列研究进展。2012年刘兆平团队的“石墨烯制备技术”成功实现转移。该方法是以石墨为原材料，通过化学方法制备。该技术的研制成功对石墨烯制备和应用的发展具有一定的推动作用。近年来， “生物基合成材料”在国际上迅速发展成一个前景诱人的新兴领域，宁波材料所朱锦团队在国内较早开展了“生物基高分子材料”研究，开发了大豆基无醛胶和耐热聚乳酸产品，并成功实现工业化和市场化。在此基础上，该团队研究发现以木质素，纤维素等廉价生物质碳源为原材料，成功制备出高纯度高品质生物基石墨烯，而且成本较传统石墨剥离法路线大幅度降低。已申请中国专利两项（CN 201310721586.6和CN 201410071766.9），更多的新专利也在申请中。生物基石墨烯的宏观状态为蓬松的黑色粉末如图1a和1b所示。在图1c中，生物基石墨烯在透射电镜TEM的观测下，呈现寡层石墨烯独有的半透明现象。据多样品统计，其典型的二维平面大小在0.5-2μm之间。此外，经气体吸附BET法实验的测定，该产品的比表面积在400 -1000 m2/g范围。在图1d的拉曼光谱中，生物基石墨烯显示了较低的ID/IG峰比值，说明产品的石墨化程度较高，缺陷较少。此外，在2700 cm-1附近发现了尖锐的2D峰，说明石墨烯微粉的平均层数较少。以上实验证据均说明生物基石墨烯的质量很好。利用宁波材料所余海斌团队独有的分散技术，生物基石墨烯对涂料的防腐性能有显著提高如图2所示。

图1 (a),(b)生物基寡层石墨烯微粉样品的照片； (c) 典型生物基石墨烯片层的TEM照片；(d)生物基石墨烯微粉的拉曼光谱实验结果。

图2 含生物基石墨烯中间漆的防腐结果

　　生物基石墨烯的出现，打破了生产石墨烯产品必须以石墨或石化资源为碳源的现状，实现了石墨烯产品原材料的可持续性发展。而这种原材料上的创新还带来了诸多的制备技术创新，工艺创新，从而使石墨烯的价格由数千元一公斤，下降到数百元一公斤以下。总体来说，低成本生物基石墨烯产品的出现，为石墨烯产业开辟了新的生产方式，打开了广阔的应用前景。