國家和行業(yè)應(yīng)該盡快將石墨烯材料的判定標(biāo)準(zhǔn)化。但是,讓石墨烯材料判定有據(jù)可依,是一項非常具有挑戰(zhàn)性和難度的工程。如果想出臺一個判定標(biāo)準(zhǔn),必須盡可能了解每一種石墨烯材料的特性和制備方法。在企業(yè)和科研人員的商討碰撞中才能產(chǎn)生實操性較強、相對準(zhǔn)確的判定標(biāo)準(zhǔn)。
在過去的2023年電影春節(jié)檔中,不少觀眾被《流浪地球2》中的“硬科技”元素所震撼。其中直沖云霄的“太空電梯”更是奪人眼球,石墨烯是建設(shè)太空電梯的理想材料之一。
石墨烯被稱為“新材料之王”,具備優(yōu)異的導(dǎo)電性、出色的機械性能、極高的導(dǎo)熱性等,是一種具有廣泛應(yīng)用前景的納米材料,近年來不斷受到市場追捧。然而事實上,什么是石墨烯,如何判定石墨烯材料的優(yōu)劣至今沒有準(zhǔn)確的判定標(biāo)準(zhǔn)。
日前,由中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所(以下簡稱中科院山西煤化所)獨立提出并完成、歷時4年修改完善的燃燒法測量石墨烯基材料灰分含量國際標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)中國、加拿大、德國等多國科學(xué)家審核后正式發(fā)布。
該方法完善了石墨烯基材料測試標(biāo)準(zhǔn)體系,顯著提高了石墨烯基材料灰分測試效率和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,得到國內(nèi)外科學(xué)家和產(chǎn)、學(xué)、研、檢、用單位的高度認可。
石墨烯雜質(zhì)過多影響產(chǎn)品品質(zhì)
“石墨烯基材料中的灰分,事實上就是石墨烯材料中的雜質(zhì)。”日前,中科院山西煤化所709課題組成員黃顯虹在接受記者采訪時表示,灰分是石墨烯材料在制備過程中,不可避免地因為原料、試劑、設(shè)備、環(huán)境等因素引入的雜質(zhì),雜質(zhì)過多則會影響石墨烯產(chǎn)品品質(zhì),甚至影響石墨烯復(fù)合材料性能。
在生產(chǎn)應(yīng)用過程中,為了盡可能發(fā)揮石墨烯材料性能,必須保證它的純度在一定范圍內(nèi)。
但石墨烯基材料的灰分測量并無經(jīng)驗可以遵循,很多石墨烯生產(chǎn)、使用企業(yè)對于灰分指標(biāo)測試“束手無策”,對全行業(yè)來說是一項空白。
中科院山西煤化所709課題組組長陳成猛介紹,石墨烯材料在燃燒后會形成二氧化碳和水,燃燒過后留下的就是灰分。通過測量燃燒后留下的灰分就可以知道石墨烯的純度。
“經(jīng)過數(shù)年研究,在某些精密行業(yè)應(yīng)用時,我們認為雜質(zhì)含量需要控制在0.1%以內(nèi),雜質(zhì)含量高于這個水準(zhǔn)線的石墨烯產(chǎn)品會嚴重影響到石墨烯復(fù)合材料的服役性能。”陳成猛解釋。
但無論是企業(yè)還是研究機構(gòu),并非不愿測量石墨烯中的灰分,而是缺少文件來指導(dǎo)正確測試。
經(jīng)過多年打磨,課題組逐漸完善了一整套檢測辦法。隨后,709課題組又聯(lián)系了多家企業(yè)做比對實驗,在同中國、加拿大、德國等國家專家組數(shù)次匯報,采納國際電工委員會納米電工產(chǎn)品與系統(tǒng)技術(shù)委員會內(nèi)成員國意見后,燃燒法測量石墨烯基材料灰分含量國際標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布,合格石墨烯有了新的測試標(biāo)準(zhǔn)。
判定標(biāo)準(zhǔn)化任重道遠
作為在材料學(xué)、微納加工、能源等方面具有重要應(yīng)用前景的新型材料,石墨烯材料近年來被廣泛應(yīng)用。但黃顯虹指出,正是因為石墨烯材料本身熱度太高,市場上出現(xiàn)了很多魚龍混雜的現(xiàn)象,早日為石墨烯劃定標(biāo)準(zhǔn)成為行業(yè)共識。
黃顯虹呼吁,國家和行業(yè)應(yīng)該盡快將石墨烯材料的判定標(biāo)準(zhǔn)化。她同時指出,讓石墨烯材料判定有據(jù)可依,是一項非常具有挑戰(zhàn)性和難度的工程。
“石墨烯材料本身是一個非常龐大的家族,制備方法不盡相同,材料特性也千差萬別,所以難以提出一個讓大家都滿意的判定標(biāo)準(zhǔn)。”黃顯虹認為,如果想出臺一個判定標(biāo)準(zhǔn),必須盡可能了解每一種石墨烯材料的特性和制備方法。在企業(yè)和科研人員的商討碰撞中才能產(chǎn)生實操性較強、相對準(zhǔn)確的判定標(biāo)準(zhǔn)。
“目前,雖然已經(jīng)出臺了一系列的石墨烯標(biāo)準(zhǔn),但是仍然缺乏很多關(guān)鍵性的控制和測試標(biāo)準(zhǔn)?;曳趾恐皇桥卸?biāo)準(zhǔn)中很小一部分,還需要再制定更多的標(biāo)準(zhǔn)共同判斷真假、評價優(yōu)劣。”黃顯虹說。( 滕繼濮 韓 榮)
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