小尺寸石墨烯的研究進(jìn)展

周久順、梁猛、張明杰、丁古巧

上海烯望材料科技有限公司

一、引言

作為一種新型的二維碳材料，石墨烯由于在導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學(xué)等方面表現(xiàn)出的優(yōu)異性能，使其獲得了廣泛關(guān)注和系統(tǒng)的研究。目前，石墨烯已在塑料、纖維、導(dǎo)電、散熱等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的性能優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。在具體應(yīng)用場(chǎng)景中，不同橫向尺寸的石墨烯，即使在缺陷和層數(shù)方面相似，但性能表達(dá)卻有所差異。隨著石墨烯尺寸的增大，石墨烯的分散、復(fù)合以及界面結(jié)合難度增加，但在同等添加量前提下，最終產(chǎn)品的導(dǎo)電、導(dǎo)熱以及力學(xué)等性能隨著尺寸增大而提高。超大尺寸石墨烯，通常大于10 μm，甚至大于100 μm，更適合于制備石墨烯散熱膜、組裝高強(qiáng)度石墨烯纖維、石墨烯屏蔽膜、石墨烯海綿等產(chǎn)品^[1]。但大尺寸、超大尺寸石墨烯的制備需要獨(dú)特的工藝，現(xiàn)有常規(guī)批量制備石墨烯的技術(shù)有氧化還原法和物理剝離法。氧化還原法選擇經(jīng)濟(jì)的天然鱗片石墨為原料，尺寸通常在幾百目，所制備的氧化石墨烯和還原石墨烯橫向尺寸分布一般在幾百納米到幾十個(gè)微米的范圍之內(nèi)，中間值在幾個(gè)微米（單層率＞90%以上的情況）；物理剝離法制備石墨烯一般會(huì)選擇具有成本優(yōu)勢(shì)的膨脹石墨作為原料，經(jīng)過(guò)高強(qiáng)度的機(jī)械剪切、破碎和剝離處理后，所制備的石墨烯尺寸通常在幾百納米到幾個(gè)微米。但某些石墨烯應(yīng)用，例如添加石墨烯的潤(rùn)滑油、石墨烯改性纖維、石墨烯改性塑料、石墨烯油墨、石墨烯生物醫(yī)藥應(yīng)用等則需要更小尺寸的石墨烯，最好全部選用小于1μm。我們定義這種橫向尺寸在幾十至幾百納米的石墨烯為小尺寸石墨烯或亞微米石墨烯。如果石墨烯的橫向尺寸進(jìn)一步減小到10nm以下，我們稱之為石墨烯量子點(diǎn)，由于尺寸效應(yīng)，石墨烯量子點(diǎn)擁有超強(qiáng)的分散性能和熒光特性^[2]。需要指出的是，不同橫向尺寸的石墨烯各有優(yōu)勢(shì)，并可以用于不同的產(chǎn)品領(lǐng)域。超大尺寸石墨烯和石墨烯量子點(diǎn)是石墨烯橫向尺寸的兩個(gè)極端，難以制備且成本高昂。小尺寸石墨烯有別于普通尺寸的石墨烯，也有別于超大尺寸石墨烯和石墨烯量子點(diǎn)，具有明確的應(yīng)用場(chǎng)景，有待加大開(kāi)發(fā)力度。本文重點(diǎn)闡述小尺寸石墨烯研究進(jìn)展，超大尺寸石墨烯和石墨烯量子點(diǎn)研究進(jìn)展也將在2020年發(fā)布。

二、小尺寸石墨烯的優(yōu)異性能

小尺寸石墨烯（10 nm ≤橫向尺寸≤1 μm），雖然在結(jié)構(gòu)和形貌上與大尺寸石墨烯并無(wú)本質(zhì)差異，但小尺寸石墨烯的水溶性更好，因此在使用時(shí)更容易對(duì)其進(jìn)行分散和再利用；同時(shí)在溶劑中的小尺寸石墨烯片層之間的作用力更小，使得小尺寸石墨烯更適合制備高濃度石墨烯溶液^[3]。雖然小尺寸石墨烯的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能不及大尺寸石墨烯，但仍優(yōu)于金屬之外的其他材料，且小尺寸石墨烯的均勻性相比于大尺寸石墨烯更好控制。良好的分散特性和均勻性，使小尺寸石墨烯在導(dǎo)電導(dǎo)熱復(fù)合材料、散熱涂料、導(dǎo)電添加劑、改性纖維、改性塑料等領(lǐng)域更易于使用。

小尺寸石墨烯還具有良好的生物相容性^[4]，在生物傳感器、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用前景；小尺寸石墨烯的氧化還原活性，能夠提高其與導(dǎo)電金屬?gòu)?fù)合材料的光電催化活性^[5]，可應(yīng)用于催化和光電領(lǐng)域；小尺寸石墨烯的場(chǎng)發(fā)射性能優(yōu)于尺寸較大的石墨烯^[6]，在場(chǎng)發(fā)射領(lǐng)域的應(yīng)用具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力；由于具有良好的導(dǎo)電、分散和耐腐蝕性能使得石墨烯成為油墨領(lǐng)域的新寵兒。噴涂技術(shù)使石墨烯油墨能夠形成各種形狀，滿足多種應(yīng)用要求，良好的性能使得噴涂電子器件性能和使用壽命大大提升，因此石墨烯導(dǎo)電油墨在噴墨印刷柔性電子器件^[7]、射頻識(shí)別（RFID）^[8]、微型電容器^[9]等領(lǐng)域有極大的應(yīng)用潛力；小尺寸石墨烯還可以和大尺寸石墨烯搭配使用，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提升純石墨烯膜的一致性、力學(xué)特性和導(dǎo)熱特性。優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱、抗菌抑菌、遠(yuǎn)紅外發(fā)射、抗紫外線防護(hù)等性能使小尺寸石墨烯在纖維方面獲得廣泛的關(guān)注和更加深入的研究，不論是高強(qiáng)度纖維、高導(dǎo)電纖維，還是纖維制備的器件，小尺寸石墨烯都能夠勝任。

三、小尺寸石墨烯制備現(xiàn)狀

從上述分析可知，小尺寸石墨烯在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用需求明確、前景廣闊。但如何實(shí)現(xiàn)小尺寸石墨烯的高效制備及規(guī)?；a(chǎn)是其商業(yè)化的關(guān)鍵和先決條件。

表1. 已發(fā)表文獻(xiàn)中小尺寸石墨烯制備方法及應(yīng)用領(lǐng)域

如表1所示，自2009年起，對(duì)小尺寸石墨烯的制備以及應(yīng)用的研究便已開(kāi)始，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，制備小尺寸石墨烯的方法主要為氧化還原、液相剝離和電化學(xué)剝離三種方法，但這些方法都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。南開(kāi)大學(xué)陳永勝教授課題組在2011年利用改進(jìn)的Hummers法制備出氧化石墨烯（GO），對(duì)GO的水分散液經(jīng)過(guò)2 h的超聲處理后，利用6000 rpm離心處理進(jìn)行尺寸分離，最后使用孔徑為0.45 μm的過(guò)濾膜過(guò)濾后得到尺寸在100-400 nm的小尺寸GO（9mg/mL），利用噴墨打印技術(shù)得到小尺寸GO圖案，在氬氣和氫氣壓下400℃處理3 h得到小尺寸還原氧化石墨烯導(dǎo)電器件，電導(dǎo)率達(dá)到874 S/m，能夠利用到柔性電路和電化學(xué)H₂O₂傳感器中^[7]；

華僑大學(xué)陳國(guó)華教授課題組在2015年利用Hummers法制備得到GO粉體，微波還原得到rGO粉體，再分散到NMP溶劑中球磨處理48h，6000 rpm離心處理后取上層溶液得到尺寸在100-1000nm的小尺寸還原氧化石墨烯，并與碳納米管復(fù)合制備得到透明導(dǎo)電薄膜，在84%透明度下，薄膜方阻為152 Ω/sq^[12]；

東華大學(xué)朱美芳教授課題組在2015年利用尺寸為2 μm的石墨為原料，改進(jìn)Hummers法氧化5 h得到氧化石墨，超聲處理1 h后，5000rpm離心處理10 min去除未剝離石墨得到尺寸在100-450nm的小尺寸氧化石墨烯，利用濕法紡絲工藝和氫碘酸化學(xué)還原處理獲得還原氧化石墨烯纖維，利用該纖維制備得到柔性固態(tài)纖維超級(jí)電容器，在電流密度為0.244 A/cm³時(shí)，比電容和能量密度分別為226 F/cm³和7.03 mWh/cm^3[14]。

利用氧化還原法制備雖然可以得到小尺寸石墨烯，但由于氧化過(guò)程中引入的缺陷造成還原后得到的小尺寸石墨烯結(jié)構(gòu)不完整，且氧化得到的GO尺寸不均勻，需長(zhǎng)時(shí)間的離心分離、過(guò)濾處理或后續(xù)的長(zhǎng)時(shí)間高耗能機(jī)械破碎，嚴(yán)重影響了其制備的效率和產(chǎn)率。

愛(ài)爾蘭都柏林圣三一學(xué)院Jonathan N. Coleman課題組在2010年對(duì)石墨原料在表面活性劑NaC的溶液中進(jìn)行低功率超聲處理400 h制備得到石墨烯，后續(xù)利用離心分離得到平均尺寸為500-1000 nm 的小尺寸石墨烯，用于制備高濃度小尺寸石墨烯溶液^[3]。由于小尺寸石墨烯在溶液中片層間的作用力比尺寸較大的石墨烯小，因此更容易得到高濃度的溶液。

2012年劍橋大學(xué)Andrea C. Ferrari課題組將石墨分散到NMP溶劑中，并超聲處理9 h，超聲得到的分散液靜置10 min后取上層，除去未剝離石墨，經(jīng)過(guò)10000 rpm離心處理1 h和濾膜過(guò)濾后得到尺寸為300-1000 nm的小尺寸石墨烯溶液，并制備得到石墨烯導(dǎo)電油墨，噴墨打印石墨烯薄膜晶體管，遷移率為95 cm²/V·s，噴墨打印制備的透明導(dǎo)電薄膜，在80%透明度下，薄膜方阻為30 kΩ/sq^[16]。

利用液相機(jī)械剝離法制備小尺寸石墨烯，雖避免了?；返氖褂?，減少了石墨烯的內(nèi)部缺陷，保證了結(jié)構(gòu)完整性，但仍需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械剝離處理，及離心和過(guò)濾分離，小尺寸石墨烯的產(chǎn)率較低，同時(shí)利用有機(jī)溶劑或表面活性劑，增加了制備的成本。

為了減少機(jī)械剝離處理的時(shí)間，對(duì)石墨原料進(jìn)行電化學(xué)預(yù)處理成為了行之有效的處理方式。2016年，德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)馮新亮教授課題組利用0.1M濃硫酸作為電解液對(duì)石墨紙進(jìn)行10 V電化學(xué)插層膨脹，3 V電化學(xué)剝離處理，將剝離產(chǎn)物清洗后，分散在IPA中超聲處理30-40 min得到65%的片層尺寸小于1000 nm的小尺寸石墨烯，并制備成0.8 mg/mL的石墨烯油墨，噴墨打印制備超柔性平面內(nèi)微型超級(jí)電容器，該石墨烯微型電容器的面電容高達(dá)5.4 mF/cm²，并在10-1000 mV/s的工作條件下，具有75%的電容保持率^[23]。

西安交通大學(xué)徐友龍教授課題組在2017年利用乙酰胺、尿素和硝酸銨三元熔體作為電解液電化學(xué)剝離石墨紙，使用0.45 μm孔徑的聚四氟乙烯膜對(duì)剝離產(chǎn)物過(guò)濾清洗，清洗產(chǎn)物分散在超純水中超聲處理20min，2000 rpm離心處理20 min取上層，得到尺寸在200-400 nm的小尺寸石墨烯，制備得到石墨烯基柔性固態(tài)超級(jí)電容器，電流密度為0.4mA/cm²時(shí)，面電容為120 mF/cm^2[25]。

目前，氧化還原法和液相剝離法是批量化制備石墨烯的重要方法，制備所得石墨烯的尺寸分布范圍廣。但氧化還原法需長(zhǎng)時(shí)間的尺寸分離處理才能得到產(chǎn)率很低的小尺寸氧化石墨烯，而液相剝離法則需較長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械剝離處理，來(lái)降低石墨原料的尺寸和層數(shù)，同時(shí)還需進(jìn)行尺寸分離處理除去未剝離石墨和較大尺寸石墨烯，降低了制備小尺寸石墨烯的效率。電化學(xué)剝離法雖有效降低了電化學(xué)剝離產(chǎn)物的機(jī)械剝離處理時(shí)間，提高了產(chǎn)率，但在擴(kuò)大制備小尺寸石墨烯的產(chǎn)量方面仍無(wú)法避免長(zhǎng)時(shí)間電化學(xué)處理的問(wèn)題。因此小尺寸石墨烯無(wú)法高效高產(chǎn)制備的問(wèn)題亟待解決。

四、小尺寸石墨烯的市場(chǎng)現(xiàn)狀

小尺寸石墨烯在生物醫(yī)藥、導(dǎo)電油墨、石墨烯纖維等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用市場(chǎng)使其在石墨烯材料的市場(chǎng)中占據(jù)一定比例，因此吸引了較多企業(yè)和科研單位的參與和競(jìng)爭(zhēng)，但由于小尺寸石墨烯量化制備的難度大，檢測(cè)困難，所以能夠提供小尺寸石墨烯的生產(chǎn)廠家很少，并且相關(guān)專利成果較少。在智慧牙專利檢索中“小尺寸石墨烯”和“小尺寸氧化石墨烯”作為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索的結(jié)果如圖1所示：自2012年到2019年，小尺寸石墨烯/氧化石墨烯的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量?jī)H為157篇，其中小尺寸石墨烯制備方面的專利極少。由于量化制備的難度較大，雖然國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上能夠提供小尺寸石墨烯或小尺寸氧化石墨烯產(chǎn)品的廠家不少（表2，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)檢索獲得，具體產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)際生產(chǎn)能力沒(méi)有進(jìn)一步考察），但能夠真正具備批量生產(chǎn)小尺寸石墨烯能力的企業(yè)極少。

圖1. 小尺寸石墨烯/氧化石墨烯相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量，資料來(lái)源：智慧牙專利檢索

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表2. 市場(chǎng)上小尺寸石墨烯/氧化石墨烯產(chǎn)品匯總

市場(chǎng)上雖然已經(jīng)有些小尺寸石墨烯類產(chǎn)品，但在產(chǎn)量、均勻度、性能、價(jià)格方面仍與現(xiàn)階段應(yīng)用市場(chǎng)的真實(shí)需求存在一定差距，小尺寸石墨烯的批量制備技術(shù)、應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)拓展仍需進(jìn)一步完善。

雖然超小尺寸石墨烯在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用有所突破，但由于石墨烯量子點(diǎn)的使用更為廣泛、性能更良好，因此作為小尺寸石墨烯應(yīng)用的重要領(lǐng)域：石墨烯油墨和石墨烯改性纖維占據(jù)了重要的地位。根據(jù)智慧牙專利檢索中“石墨烯油墨”和“石墨烯導(dǎo)電油墨”作為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索的結(jié)果（圖2）：2012-2019年，“石墨烯油墨”相關(guān)專利的申請(qǐng)數(shù)量為289篇，數(shù)量近“小尺寸石墨烯制備”相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量的2倍，企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)對(duì)石墨烯油墨產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研究顯然超過(guò)小尺寸石墨烯的制備，這是由于石墨烯導(dǎo)電油墨巨大的市場(chǎng)潛力所造成的。

表3. 傳統(tǒng)導(dǎo)電油墨對(duì)比，資料來(lái)源：CGIA

相較于傳統(tǒng)導(dǎo)電油墨，石墨烯導(dǎo)電油墨在導(dǎo)電、耐蝕和穩(wěn)定性方面更具優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍更加廣泛（表3），且成本遠(yuǎn)低于銀系導(dǎo)電油墨等貴金屬導(dǎo)電油墨，性價(jià)比更高。從2018年中國(guó)石墨烯市場(chǎng)行業(yè)應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析中可以看出，石墨烯涂料油墨的銷售額占比達(dá)到7.1%，銷售額達(dá)到1610.2萬(wàn)元，僅次于石墨烯鋰離子電池和石墨烯保暖理療產(chǎn)品，具備了一定的市場(chǎng)規(guī)模和發(fā)展?jié)摿Γ▓D3）。

圖3. 2018年中國(guó)石墨烯市場(chǎng)行業(yè)應(yīng)用結(jié)構(gòu)分布，資料來(lái)源：賽迪顧問(wèn)

隨著石墨烯制備技術(shù)的不斷完善、原材料質(zhì)量的改善和價(jià)格的降低，讓石墨烯材料在各行業(yè)中的應(yīng)用更為廣泛，石墨烯的市場(chǎng)規(guī)模也會(huì)逐漸增大（圖4）。石墨烯在龐大的導(dǎo)電油墨領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模占比不斷擴(kuò)大，在未來(lái)預(yù)計(jì)能達(dá)到10%以上（圖5）。

圖4. 石墨烯市場(chǎng)規(guī)模，資料來(lái)源：知網(wǎng)，東興證券研究所

圖5. 石墨烯未來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域分布圖，資料來(lái)源：粉體網(wǎng)，安信證券研究中心

在石墨烯改性纖維等方面的應(yīng)用，亦是近幾年石墨烯應(yīng)用研究的一個(gè)焦點(diǎn)。經(jīng)智慧牙專利檢索“石墨烯纖維”作為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索的結(jié)果（圖6），自2011年-2019年，石墨烯纖維相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量近1800篇，其中授權(quán)專利達(dá)837篇。其中部分企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)對(duì)石墨烯纖維的研發(fā)力度較大，且已掌握石墨烯纖維的相關(guān)技術(shù)同時(shí)獲得授權(quán)專利。居石墨烯纖維相關(guān)專利授權(quán)數(shù)量前十家企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)如圖7所示，非石墨烯企業(yè)和高校科研機(jī)構(gòu)占80%，僅兩家石墨烯相關(guān)企業(yè)在石墨烯纖維授權(quán)專利數(shù)量上進(jìn)入前十，說(shuō)明石墨烯纖維的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化仍處于初步發(fā)展的階段，還未形成百家爭(zhēng)鳴的格局。?

在市場(chǎng)方面，據(jù)2019年第一季度化纖產(chǎn)量產(chǎn)品的調(diào)研分析可知，中國(guó)對(duì)纖維的需求量是巨大的，僅一季度的產(chǎn)量就高達(dá)1261.37萬(wàn)噸（圖8）。相較于傳統(tǒng)纖維，石墨烯憑借自身優(yōu)異的性能，使純石墨烯纖維和石墨烯復(fù)合纖維在性能方面都有進(jìn)一步提升，因此，雖然石墨烯纖維仍未形成一定的市場(chǎng)規(guī)模，但其市場(chǎng)潛力十分巨大，一旦爆發(fā)，將迅速占領(lǐng)纖維市場(chǎng)。

圖8. 2019年第一季度中國(guó)化纖產(chǎn)量產(chǎn)品格局，資料來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

隨著石墨烯在油墨、纖維等領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)模的不斷增大，對(duì)小尺寸石墨烯的需求量必然不斷增加，但從小尺寸石墨烯的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，很難滿足石墨烯導(dǎo)電油墨和石墨烯纖維的市場(chǎng)需求，因此對(duì)小尺寸石墨烯的高效制備研究投入需要進(jìn)一步提高，以解決難以量化制備的難題。

五、烯望科技在小尺寸石墨烯方面的布局與研究進(jìn)展

烯望科技是由中科院上海微系統(tǒng)所、上市公司悅達(dá)投資和研發(fā)團(tuán)隊(duì)三方于2018年3月共同出資成立的高科技企業(yè)，致力為行業(yè)提供先進(jìn)的、完善的石墨烯材料和石墨烯應(yīng)用解決方案。經(jīng)過(guò)兩年的不斷發(fā)展，烯望科技目前已掌握多種石墨烯的制備方案，包括氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、液相剝離石墨烯、電化學(xué)石墨烯、石墨烯量子點(diǎn)等，同時(shí)開(kāi)展多種石墨烯下游應(yīng)用的研發(fā)，包括石墨烯散熱膜、石墨烯散熱涂料、石墨烯改性纖維和石墨烯抗菌產(chǎn)品等。在小尺寸石墨烯的制備方面，烯望科技從氧化還原法和液相剝離法展開(kāi)布局，經(jīng)過(guò)不斷研發(fā)和測(cè)試，最終在避免不同尺寸分離處理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了小尺寸石墨烯和小尺寸氧化石墨烯的批量制備。

以磷片石墨為原料，在強(qiáng)酸中進(jìn)行氧化，后續(xù)壓濾工藝快速除酸得到氧化石墨，經(jīng)過(guò)水洗處理后，利用剝離設(shè)備對(duì)氧化石墨進(jìn)行剝離，這項(xiàng)技術(shù)極大地降低了剝離所得氧化石墨烯片層的尺寸，后續(xù)再經(jīng)細(xì)化裝置處理和制粉裝置處理，最終實(shí)現(xiàn)小尺寸氧化石墨烯粉體的批量化制備，對(duì)小尺寸氧化石墨烯采用高溫還原處理可得到小尺寸還原氧化石墨烯產(chǎn)品（圖9）。

圖9. 批量化制備氧化石墨烯生產(chǎn)線

對(duì)氧化還原產(chǎn)線批量化制備的氧化石墨烯進(jìn)行測(cè)試表征，如圖10所示對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行AFM測(cè)試的結(jié)果：氧化石墨烯片層為單層的占比超過(guò)90%以上，對(duì)氧化石墨烯片層進(jìn)行尺寸分析可得氧化石墨烯片層的平均尺寸在500nm左右，超過(guò)93%的片層尺寸在1000nm以下。

圖10. 小尺寸氧化石墨烯的AFM圖

通過(guò)對(duì)石墨片層的強(qiáng)氧化降低層間作用力，并在石墨片層的結(jié)構(gòu)中引入缺陷，使其在后續(xù)處理過(guò)程中尺寸不斷減小，最終達(dá)到1000nm以下，實(shí)現(xiàn)小尺寸氧化石墨烯的批量化制備。同時(shí)，還可根據(jù)對(duì)石墨烯應(yīng)用尺寸的具體要求，調(diào)整工藝，定制化處理石墨烯材料獲得更小尺寸（500nm以下）的石墨烯材料。

圖11. 機(jī)械剝離產(chǎn)物SEM及尺寸分布圖

以尺寸較小的鱗片石墨作為制備原料，利用攪拌設(shè)備將石墨粉體分散在表面活性劑和去離子水的混合溶劑中，再利用機(jī)械剝離設(shè)備（砂磨機(jī)、均質(zhì)機(jī)、膠體磨、乳化機(jī)等一種或多種）不斷剝離處理后得到剝離產(chǎn)物，后續(xù)對(duì)剝離產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)試表征以分析尺寸、層數(shù)等重要參數(shù)。SEM結(jié)果及片層尺寸統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖11所示，可以看出小尺寸石墨的機(jī)械剝離產(chǎn)物的尺寸在1000nm以下，達(dá)到小尺寸石墨烯對(duì)尺寸的要求。通過(guò)TEM的測(cè)試結(jié)果可以進(jìn)一步確定，小尺寸石墨烯的尺寸在1000nm以下，且平均層數(shù)在10層以內(nèi)（圖12）。

圖12. 機(jī)械剝離產(chǎn)物TEM圖

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利用小尺寸石墨作為原料，能有效減少機(jī)械剝離處理時(shí)間，采用定制優(yōu)化的表面活性劑可有效提高剝離效率，利用多種機(jī)械剝離設(shè)備組合處理，保證設(shè)備使用壽命及剝離效率。通過(guò)對(duì)小尺寸石墨處理量的增加，能提高機(jī)械剝離制備小尺寸石墨烯的產(chǎn)量，為批量化制備小尺寸石墨烯提供可能性。

通過(guò)不斷地自主研發(fā)，烯望科技利用氧化還原和液相剝離兩種方法分別批量化制備出小尺寸氧化石墨烯和小尺寸石墨烯，在確保高產(chǎn)量和高產(chǎn)率的同時(shí)，保證了小尺寸石墨烯的高質(zhì)量。這兩種制備方法不僅填補(bǔ)了市場(chǎng)上小尺寸石墨烯產(chǎn)品數(shù)量的不足，同時(shí)促進(jìn)了小尺寸石墨烯下游應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和拓展。目前公司繼續(xù)加大對(duì)小尺寸石墨烯高效制備的持續(xù)研發(fā)，調(diào)整技術(shù)方案，不斷測(cè)試驗(yàn)證以提高小尺寸石墨烯的數(shù)量與質(zhì)量，來(lái)滿足市場(chǎng)對(duì)小尺寸石墨烯不斷擴(kuò)大的需求，促進(jìn)石墨烯在導(dǎo)電油墨、改性纖維、改性塑料、潤(rùn)滑油等領(lǐng)域的發(fā)展。

六、總結(jié)和展望

隨著石墨烯油墨、石墨烯改性纖維、石墨烯改性塑料、石墨烯添加的潤(rùn)滑油等產(chǎn)品需求量的不斷增加，小尺寸石墨烯的市場(chǎng)將進(jìn)一步擴(kuò)大，據(jù)安信證券研究中心預(yù)測(cè)，未來(lái)石墨烯油墨和纖維的市場(chǎng)將占據(jù)石墨烯整體市場(chǎng)的20%左右。石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能、力學(xué)強(qiáng)度以及韌性完全適合作為導(dǎo)電油墨、導(dǎo)電導(dǎo)熱纖維的原材料，石墨烯有望部分甚至大部分取代現(xiàn)有油墨以及傳統(tǒng)纖維的功能性添加劑，進(jìn)而獲得巨大市場(chǎng)份額。然而，由于目前受制于小尺寸石墨烯制備工藝技術(shù)不成熟等因素影響，導(dǎo)電油墨和纖維市場(chǎng)中成熟的石墨烯產(chǎn)品依然稀缺。隨著制備工藝的優(yōu)化、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和生產(chǎn)成本的降低，石墨烯油墨、石墨烯纖維的市場(chǎng)將被徹底激活，從而使小尺寸石墨烯的需求量急劇提升。目前，由于小尺寸石墨烯規(guī)?；苽浼夹g(shù)還不夠成熟，在制備及應(yīng)用研究方面仍有很長(zhǎng)的路要走。未來(lái)掌握小尺寸石墨烯高效制備技術(shù)的核心成為占據(jù)小尺寸石墨烯市場(chǎng)份額的關(guān)鍵。

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