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邹(zou)小姐：13326633089 -
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天(tian)然石墨以其(qi)独特的结构，使其(qi)具有(you)导(dao)电性(xing)良好（电阻(zu)率8×10−6~13×10−6Ω.m）、可塑(su)性(xing)强、摩擦系数小(xiao)（0.08~0.16）、耐高温、化学性(xing)质稳定、天然(ran)可浮性(xing)好(hao)等(deng)(deng)(deng)物化特(te)性(xing)，是多(duo)种工(gong)业(ye)必需的关键(jian)原料(liao)。同时天然(ran)石墨具(ju)有用途(tu)广泛(fan)(fan)、深加(jia)工(gong)产品附(fu)加(jia)值高、产业(ye)链条长等(deng)(deng)(deng)特(te)点，除广泛(fan)(fan)应(ying)用于耐火(huo)材料(liao)、密封、铸造、导电材料(liao)等(deng)(deng)(deng)传统工(gong)业(ye)领域，在新能源、新一代电子信息技术、新能源汽车、高端装(zhuang)备制(zhi)造业(ye)等(deng)(deng)(deng)新兴领域也具(ju)有广阔的应(ying)用前景，被(bei)誉为(wei)“工(gong)业(ye)黑金”。下(xia)面小(xiao)编简要介(jie)绍天然(ran)石墨分选提纯及其(qi)(qi)深加(jia)工(gong)其(qi)(qi)应(ying)用。
一(yi)、天(tian)然石墨的(de)结(jie)构
石墨为多键(jian)型(xing)晶体(ti)，具有(you)(you)层状晶体(ti)结(jie)构，其层内(nei)碳(tan)原子(zi)(zi)与周(zhou)围3个碳(tan)原子(zi)(zi)通过sp2杂(za)化形成共价键(jian)，构成类似(si)蜂巢(chao)的(de)(de)环(huan)状结(jie)构；层间以分子(zi)(zi)间作用力（范(fan)德华力）相(xiang)连接，结(jie)合力较(jiao)弱(ruo)；层内(nei)每(mei)个碳(tan)原子(zi)(zi)剩余的(de)(de)一个具有(you)(you)活(huo)性的(de)(de)p电子(zi)(zi)则(ze)形成类似(si)于金属(shu)键(jian)自由电子(zi)(zi)模型(xing)的(de)(de)离域大π键(jian)，因此石墨晶体(ti)结(jie)构中既有(you)(you)共价键(jian)、分子(zi)(zi)键(jian)，亦有(you)(you)金属(shu)键(jian)。
天然石墨的结构示意(yi)图
天然(ran)石墨独特(te)的(de)(de)结构决定(ding)了它的(de)(de)物(wu)化(hua)特(te)性，具有以下优点：
（1）具有较强的导(dao)热(re)性、耐热(re)性和(he)化学(xue)稳(wen)定性；
（2）具有优良的导电性；
（3）具有良好的(de)润滑性(xing)；
（4）具有(you)良好的(de)天然可浮(fu)(fu)性，其接触角(jiao)θ一(yi)般为85°~86°，疏水性好，经浮(fu)(fu)选分(fen)离可以得到固定碳含量90%以上的(de)石墨(mo)。
天然石(shi)墨SEM
二(er)、石墨分选及(ji)提纯(chun)方法(fa)
天(tian)然石墨(mo)(mo)(mo)常会伴有各种杂质，难以被直(zhi)接利用，为(wei)了满足工业(ye)生产(chan)的要(yao)求，必须对天(tian)然石墨(mo)(mo)(mo)进行富集、提纯(chun)，且石墨(mo)(mo)(mo)纯(chun)度越高(gao)其价值(zhi)也越高(gao)。目(mu)前关于石墨(mo)(mo)(mo)的提纯(chun)方法(fa)(fa)主要(yao)有浮选法(fa)(fa)、化(hua)学法(fa)(fa)和高(gao)温(wen)法(fa)(fa)三种。
1.浮选法(fa)
目前，工业生产中基本上所有的天然石墨(mo)均(jun)采(cai)用浮选(xuan)来进(jin)行(xing)分选(xuan)，选(xuan)矿(kuang)(kuang)技术(shu)采(cai)用多段磨矿(kuang)(kuang)、多段选(xuan)别的工艺流程，并在此基础上，针对不同性质的矿(kuang)(kuang)石研(yan)究(jiu)更有效、更合理的设备及流程，从而(er)最大限度地(di)提高(gao)固定碳(tan)含量和保护石墨(mo)鳞(lin)片结构。
浮选法(fa)分选提纯天然(ran)石墨生产现场
该工艺优缺点(dian)是
优点是：具有(you)工艺流程成(cheng)熟、设备简单、能耗少、生产成(cheng)本低等优点，使其(qi)具有(you)明显的成(cheng)本优势(shi)。
缺点是：浮选法对石(shi)墨的提(ti)纯能力有限(xian)，无(wu)法将部分浸染在石(shi)墨鳞(lin)片中的夹杂去除，提(ti)纯后的石(shi)墨固定(ding)碳含(han)量很难超过95%。所以为了得到高(gao)纯石(shi)墨，必(bi)须采取化学法和高(gao)温法来进一步(bu)对石(shi)墨进行提(ti)纯。
2.化学法
化(hua)学(xue)法(fa)(fa)提(ti)(ti)纯(chun)依据石(shi)墨化(hua)学(xue)性质的稳(wen)定(ding)性，利(li)用(yong)强(qiang)酸(suan)、强(qiang)碱或其他化(hua)合物在一定(ding)条件(jian)下处理浮选石(shi)墨精矿，通过溶解其中(zhong)的杂质，除去(qu)杂质，提(ti)(ti)纯(chun)石(shi)墨。化(hua)学(xue)法(fa)(fa)主要包括4种：碱熔酸(suan)浸法(fa)(fa)、氢氟(fu)酸(suan)法(fa)(fa)、混酸(suan)法(fa)(fa)、氯(lv)化(hua)焙烧(shao)法(fa)(fa)。
（1）碱熔酸浸法(fa)
碱熔酸浸(jin)(jin)法是利用(yong)石墨中(zhong)的(de)(de)杂质在500℃以上的(de)(de)高(gao)温下与NaOH 反应，一部(bu)分杂质（硅(gui)酸盐等）生(sheng)成(cheng)溶于(yu)水(shui)的(de)(de)反应产物(wu)，被水(shui)浸(jin)(jin)出洗涤除(chu)去；另(ling)一部(bu)分杂质（Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO 等金(jin)属氧化物）在碱(jian)熔后(hou)生成(cheng)不溶(rong)于水(shui)(shui)的沉淀物，经(jing)盐酸中和生成(cheng)溶(rong)于水(shui)(shui)的氯化物，通(tong)过(guo)清水(shui)(shui)洗涤而去除。
碱熔酸浸法(fa)提(ti)纯天然石墨的工艺(yi)流程
（2）氢氟(fu)酸(suan)法
氢氟酸法是利用(yong)石墨中的杂质和(he)氢氟酸发生反应，一部(bu)分杂质（Na2O、K2O、Al2O3等）生(sheng)成溶于水的化合物，随溶液排出；另一(yi)部(bu)分杂质（CaSiO3、CaO、MgO、Fe2O3等(deng)）与HF反应(ying)生成不溶于水的化合(he)物，通过加入H2SiF6使其生成溶于水(shui)的(de)氟硅(gui)酸盐(yan)，用清水(shui)洗涤，将杂质溶液与石墨固液分(fen)离，从(cong)而(er)提纯石墨。
氢氟酸法提纯石(shi)墨工艺流(liu)程
（3）混酸(suan)法
混酸法主要(yao)采用(yong) HF/HCl、HF/H2SO4、HF/HCl/H2SO4等混酸体系，生(sheng)产中先(xian)后将HF、H2SO4、HCl 加入石墨(mo)中，每加入一种(zhong)酸后(hou)都(dou)要充(chong)分搅拌，使其能够混合均(jun)匀且反应(ying)完全。反应(ying)完毕后(hou)，用(yong)工业清洁水反复清洗，直(zhi)至中性；再用(yong)纯水清洗2~5遍；最(zui)后(hou)进(jin)行脱水、干燥、包装。
（4）氯化焙(bei)烧法
氯(lv)化(hua)(hua)(hua)焙烧(shao)法是向石墨中加入一(yi)(yi)定量(liang)的(de)(de)还原剂（如焦(jiao)炭），在一(yi)(yi)定温度（1000℃以上）和特(te)定气氛条(tiao)件(jian)下通入氯(lv)气进行(xing)氯(lv)化(hua)(hua)(hua)焙烧(shao)，使石墨中的(de)(de)有(you)价金属杂质转变为熔沸点(dian)较低的(de)(de)氯(lv)化(hua)(hua)(hua)物或络合物而(er)逸出，从而(er)达到提纯石墨的(de)(de)目的(de)(de)。
氯化焙(bei)烧原理(li)装置(zhi)示(shi)意图
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名(ming)称 |
优(you)点 |
缺(que)点 |
应(ying)用情况 |
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碱熔酸浸法 |
具(ju)有一次性投(tou)资少、石墨碳含量高等特点，经(jing)碱熔酸浸法提纯的石墨固定碳含量可达99%以(yi)上。 |
制备(bei)得到99.9%的(de)固定(ding)碳含(han)量(liang)(liang)则比(bi)较困(kun)难。同时该方(fang)法大量(liang)(liang)使用酸碱溶液，容易腐蚀设备(bei)，产生的(de)废水(shui)污染严重(zhong)。 |
碱熔酸浸(jin)法是我国石墨提纯产业中应(ying)用最为(wei)广泛的方法。 |
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氢(qing)氟酸(suan)法 |
该方法流程简单(dan)，除杂效(xiao)率高(gao)(gao)，且HF对(dui)高(gao)(gao)纯石墨(mo)的(de)性(xing)能影响很(hen)小，可获得(de)含碳量很(hen)高(gao)(gao)、性(xing)能优异的(de)石墨(mo)产(chan)品(pin)。 |
氢氨(an)酸或HF气体有剧毒，对设备腐蚀(shi)性大(da)，对环境污染也很严重，使其(qi)应用受(shou)到限(xian)制。 |
在我(wo)国采用此方法的企(qi)业(ye)并不多。 |
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混酸法(fa) |
相较于(yu)氢氟酸(suan)法，混酸(suan)法减少了HF的(de)(de)用量(liang)，降低了对环(huan)境的(de)(de)污染，节省了生(sheng)产(chan)成(cheng)本。 |
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氯化焙烧(shao)法(fa) |
该方法具有能耗(hao)低、提纯(chun)效(xiao)率高等优点。 |
设备复杂、工艺(yi)稳定(ding)(ding)性不好(hao)、所用(yong)的氯气有毒、对(dui)环境污染(ran)比较严(yan)重、产(chan)品固(gu)定(ding)(ding)碳(tan)含量有限(xian)（98%左右）等诸多不利因素限(xian)制了(le)氯化焙烧工艺(yi)的应用(yong)与(yu)推广(guang) |
该方法(fa)有待进一步(bu)改进和完(wan)善。 |
3.高(gao)温(wen)法
高温(wen)法(fa)根据加(jia)(jia)热源的不(bu)同，可分为(wei)电阻加(jia)(jia)热提(ti)(ti)纯(chun)、感应加(jia)(jia)热提(ti)(ti)纯(chun)、等离子加(jia)(jia)热提(ti)(ti)纯(chun)、射频加(jia)(jia)热提(ti)(ti)纯(chun)、光能加(jia)(jia)热提(ti)(ti)纯(chun)以(yi)及微(wei)波加(jia)(jia)热提(ti)(ti)纯(chun)六种方(fang)法(fa)。其(qi)基本原理(li)都是依据石(shi)(shi)墨的熔沸点远(yuan)高于其(qi)所含杂质(zhi)的熔沸点，在高温(wen)条件下实现石(shi)(shi)墨与杂质(zhi)的分离来(lai)提(ti)(ti)纯(chun)石(shi)(shi)墨，最终可以(yi)得到含碳(tan)量为(wei)99.99%以(yi)上的高纯(chun)石(shi)(shi)墨。
高(gao)温法提(ti)纯天然(ran)石(shi)墨优点是：能够获(huo)得碳含(han)量高(gao)(gao)于99.99%的(de)(de)(de)高(gao)(gao)纯石墨，甚至可达99.995%以上(shang)，但同时该(gai)方法对(dui)原料(liao)纯度、物料(liao)细度及(ji)设备(bei)工艺的(de)(de)(de)要(yao)求较高(gao)(gao)，能耗高(gao)(gao)，所需投资(zi)巨大。因(yin)此(ci)，该(gai)方法目前的(de)(de)(de)运用(yong)领(ling)域有限，主(zhu)要(yao)应用(yong)于对(dui)石墨质量要(yao)求很(hen)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)航(hang)空航(hang)天、国防及(ji)核工业等特殊领(ling)域。
二、天然石墨的深加工应用
目(mu)前，天然石(shi)墨(mo)深(shen)加(jia)工产(chan)品(pin)已经成(cheng)为新兴产(chan)业(ye)的重要组(zu)成(cheng)部分，产(chan)业(ye)关联性极(ji)强，产(chan)品(pin)附加(jia)值巨大，膨胀石(shi)墨(mo)、氟化石(shi)墨(mo)、锂离子电(dian)池用球形石(shi)墨(mo)、石(shi)墨(mo)烯(xi)等已广(guang)泛应用于节能(neng)环保、新能(neng)源、新一代电(dian)子信息(xi)技术、新能(neng)源汽车、高端装备制造业(ye)、新材料产(chan)业(ye)、生物医学等新兴领域。
1.石墨层间化合物
石(shi)(shi)墨(mo)层(ceng)间化合(he)(he)物属于新型(xing)功能材(cai)料，在各工业领域被广(guang)泛应用(yong)于耐高(gao)温(wen)、抗腐蚀(shi)、防(fang)氧(yang)化、高(gao)导电性、密封性以(yi)及润滑性材(cai)料。按夹(jia)(jia)层(ceng)物质的性质及石(shi)(shi)墨(mo)与夹(jia)(jia)层(ceng)剂之间的作用(yong)方式(shi)，石(shi)(shi)墨(mo)层(ceng)间化合(he)(he)物可(ke)分(fen)为(wei)离子型(xing)、共价键(jian)型(xing)和分(fen)子型(xing)三种。其中应用(yong)最(zui)为(wei)广(guang)泛的石(shi)(shi)墨(mo)层(ceng)间化合(he)(he)物为(wei)膨胀石(shi)(shi)墨(mo)和氟化石(shi)(shi)墨(mo)。
（1）膨胀(zhang)石墨
膨(peng)胀石(shi)墨(mo)是天然鳞(lin)片石(shi)墨(mo)经酸性氧化剂处(chu)理(li)后(hou)得到(dao)的石(shi)墨(mo)层(ceng)间(jian)化合(he)物。制备膨(peng)胀石(shi)墨(mo)的工艺方法都是基(ji)(ji)于(yu)插层(ceng)-膨(peng)化的基(ji)(ji)本(ben)原理(li)。
膨胀石墨应(ying)用示意图
密(mi)封材料(liao)领域：膨胀石墨经过(guo)加压成型(xing)制成一(yi)种性能优异(yi)的密封材料(liao)—柔性石墨，它的热膨胀系数小（1×10−6~30×10−6K），在温度变(bian)化(hua)较大的情况下仍具有良(liang)好的密封性(xing)(xing)，在低温下不发(fa)脆、不开裂(lie)，在高温下不软化(hua)、不变(bian)形，具有很(hen)好的热(re)稳(wen)定性(xing)(xing)。同时具有质轻(qing)、润滑性(xing)(xing)、耐高温性(xing)(xing)、化(hua)学稳(wen)定性(xing)(xing)、耐酸碱(jian)腐(fu)蚀(shi)性(xing)(xing)、可塑性(xing)(xing)和回弹(dan)性(xing)(xing)好等优良(liang)特(te)征。
膨(peng)胀(zhang)石墨密封圈
环保(bao)领域：膨(peng)胀石墨具有(you)发(fa)达的网状(zhuang)孔(kong)结构、较高的比表面积(ji)、表面活性(xing)以及(ji)(ji)良好的疏水性(xing)和亲油性(xing)，膨(peng)胀石墨应用(yong)于环(huan)境(jing)保护方面，有(you)利(li)于从海上、河流、工(gong)业废(fei)水中除(chu)去油类及(ji)(ji)有(you)机成分，对处理原油外泄(xie)事故、工(gong)业废(fei)水处理等(deng)有(you)很大的用(yong)途。
膨胀石墨网状孔(kong)结构SEM
导电(dian)材料(liao)领域：膨(peng)胀石墨作为导(dao)(dao)电填料制备(bei)聚合物(wu)基(ji)导(dao)(dao)电复合材料时，可以明显提(ti)高高分子材料的导(dao)(dao)电性(xing)，降低聚合物(wu)导(dao)(dao)电渗滤阈值，而且可以通过调节膨(peng)胀石墨的用量(liang)来改变聚合物(wu)的导(dao)(dao)电性(xing)能。
膨胀(zhang)石(shi)墨作(zuo)为导电填料(liao)制(zhi)备聚合物基导电复合材料(liao)
生(sheng)物医学领域：膨胀(zhang)石墨与人体(ti)具有优(you)异的(de)(de)生(sheng)物相容(rong)性，对有机分子、生(sheng)物大分子等(deng)具有良好的(de)(de)吸附(fu)性，且无(wu)(wu)(wu)毒、无(wu)(wu)(wu)味、无(wu)(wu)(wu)副作用，在生(sheng)物医学材料(liao)上有着广泛的(de)(de)应用前景。研(yan)究表明，膨胀(zhang)石墨对烧伤(shang)创面渗出物的(de)(de)吸附(fu)量(liang)是普通纱布(bu)的(de)(de)3~4倍，且无(wu)(wu)(wu)毒无(wu)(wu)(wu)害(hai)、透(tou)气透(tou)水、不易(yi)与烧伤(shang)创面黏结，可以代替50%~80%的(de)(de)传统纱布(bu)敷料(liao)用于烧伤(shang)创面。
化工(gong)催化领域(yu)：膨胀石墨具有(you)较大比表面积的(de)层状结(jie)构、发达的(de)网络孔(kong)结(jie)构及(ji)良(liang)好的(de)热稳定(ding)性等优点(dian)，同时(shi)(shi)分子、离子等均可嵌入(ru)其结(jie)构内(nei)，是催(cui)(cui)化剂(ji)载(zai)体的(de)理想材料。目(mu)前，将膨胀石墨用于光催(cui)(cui)化剂(ji)载(zai)体已得到(dao)实验验证，相比其他催(cui)(cui)化剂(ji)载(zai)体材料，膨胀石墨具有(you)催(cui)(cui)化活性高、反应时(shi)(shi)间短、对设备腐烛(zhu)小(xiao)、不污(wu)染(ran)环境(jing)、易(yi)分离及(ji)再(zai)生简单等优点(dian)。
膨(peng)胀(zhang)石墨(mo)-二氧化钛复(fu)合光催化剂(ji)SEM
目前，我国(guo)膨(peng)(peng)胀(zhang)(zhang)石墨制品还是以(yi)低端(duan)的密封填料为(wei)主，在汽车(che)密封、核电工(gong)业、航(hang)空航(hang)天(tian)、生物医学等领(ling)域(yu)的应(ying)用较少，但随着我国(guo)膨(peng)(peng)胀(zhang)(zhang)石墨技术(shu)的发展，高端(duan)膨(peng)(peng)胀(zhang)(zhang)石墨产品的比例将会逐步增加。
（2）氟化石墨
氟(fu)(fu)化(hua)(hua)石(shi)墨(mo)是氟(fu)(fu)及其化(hua)(hua)合物插入(ru)天然石(shi)墨(mo)层(ceng)间(jian)而(er)制成的氟(fu)(fu)系(xi)层(ceng)间(jian)化(hua)(hua)合物，是美国(guo)(guo)、日本等国(guo)(guo)于(yu)20世(shi)纪70年代研究出的一种新型材(cai)料。制备氟(fu)(fu)化(hua)(hua)石(shi)墨(mo)的工艺(yi)方法(fa)(fa)都是基于(yu)插层(ceng)的基本原理，将氟(fu)(fu)及其化(hua)(hua)合物插入(ru)石(shi)墨(mo)层(ceng)间(jian)，可归纳(na)为(wei)气相法(fa)(fa)、固(gu)相法(fa)(fa)和电(dian)解法(fa)(fa)三类(lei)方法(fa)(fa)。氟(fu)(fu)化(hua)(hua)石(shi)墨(mo)可在电(dian)池材(cai)料、核反应堆防(fang)吸附(fu)材(cai)料、润滑(hua)剂等多个领域(yu)中使用。
氟化石墨(mo)SEM
2.球形石墨
球形石(shi)墨(mo)是以天然(ran)石(shi)墨(mo)为原(yuan)料，经过特殊的粉碎(sui)加工工艺(yi)对其表面进行改性处理后得到的细度不同的近球形石(shi)墨(mo)颗粒。
目前市场(chang)上一般要求(qiu)其固(gu)定(ding)碳含量在(zai)99.95%以上，球(qiu)(qiu)形(xing)度为90%以上。球(qiu)(qiu)形(xing)石墨具有结(jie)晶配向好(hao)、球(qiu)(qiu)形(xing)化高、颗粒表面缺陷少、粒度分布集中(zhong)、振实密度大、比表面积小和品质(zhi)稳定(ding)等特点。同时(shi)球(qiu)(qiu)形(xing)石墨还具有气孔率低、抗氧(yang)化性能好(hao)、结(jie)构均匀细腻、孔洞缺陷小、弹性适(shi)中(zhong)及易于成(cheng)型(xing)等优点，使(shi)之正成(cheng)为一种性能优越(yue)的新型(xing)材料被研究和使(shi)用(yong)。其生产工艺如下(xia)图：
球形石墨的生产工(gong)艺
球形(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)属于(yu)天然(ran)石(shi)(shi)墨(mo)的高附加值产(chan)品，因其具有良好的结晶(jing)度、较高的理论嵌锂容量，可(ke)用(yong)于(yu)锂离(li)子电池负极材料(liao)(liao)的生产(chan)；且(qie)球形(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)粒度分布(bu)集中、振(zhen)实(shi)密度大、品质稳定，也可(ke)用(yong)于(yu)燃料(liao)(liao)电池等领域。
球(qiu)形石墨SEM
锂离子(zi)电池负极材(cai)料(liao)：目前锂(li)离(li)子电(dian)池负极(ji)材(cai)料主要以人(ren)造(zao)石(shi)墨(mo)和天(tian)(tian)然(ran)石(shi)墨(mo)为主。研究者通过对天(tian)(tian)然(ran)石(shi)墨(mo)球(qiu)形化处理(li)以及(ji)对球(qiu)形石(shi)墨(mo)的(de)改(gai)性处理(li)，可明显改(gai)善天(tian)(tian)然(ran)石(shi)墨(mo)负极(ji)材(cai)料的(de)比容(rong)量、首次(ci)循(xun)环(huan)效率和循(xun)环(huan)性能等(deng)关键指标(biao)。以天(tian)(tian)然(ran)石(shi)墨(mo)为原料生(sheng)(sheng)产锂(li)离(li)子电(dian)池，此(ci)流程相(xiang)较于(yu)生(sheng)(sheng)产人(ren)造(zao)石(shi)墨(mo)电(dian)极(ji)，不需(xu)要复杂的(de)石(shi)墨(mo)化工序(xu)，显著节(jie)能，可有效降(jiang)低生(sheng)(sheng)产成本。
天然石墨应用于锂电池负极材料加(jia)工工艺流程图
燃料电池领域：球形石墨因(yin)其良好的特性(xing)可用作(zuo)燃(ran)料(liao)(liao)电池(chi)板的原材料(liao)(liao)及固体燃(ran)料(liao)(liao)电池(chi)阳极支(zhi)撑体的造孔剂。
3.石墨烯
高(gao)纯天(tian)然石墨(mo)(mo)的层(ceng)间作用力比较弱，很容(rong)易被剥离形成(cheng)(cheng)很薄的石墨(mo)(mo)片(pian)，当把石墨(mo)(mo)剥离成(cheng)(cheng)单(dan)层(ceng)之后，这(zhei)种由碳原(yuan)(yuan)子以sp2杂化轨(gui)道组(zu)成(cheng)(cheng)的只有单(dan)个碳原(yuan)(yuan)子厚(hou)度的二维(wei)碳质新材料就是石墨(mo)(mo)烯。
石墨烯结构示意图
石(shi)墨烯(xi)同时具有(you)面内的(de)碳碳σ键和(he)(he)面外的(de)π电子，因此(ci)它不仅具有(you)很高(gao)的(de)结构稳定性(xing)和(he)(he)热(re)化学(xue)稳定性(xing)，还可以进(jin)行适当(dang)的(de)官(guan)能团修饰，制造复合材料，获(huo)得丰富(fu)的(de)化学(xue)性(xing)质。因此(ci)石(shi)墨烯(xi)应(ying)用(yong)前景(jing)极其广阔，在各工业领域里均(jun)被广泛应(ying)用(yong)，被称(cheng)为“新(xin)材料之王”。自 2004年(nian)石(shi)墨烯(xi)首次被制备出(chu)来后，其各种制备方法(fa)(fa)(fa)(fa)相继被研发出(chu)来，在众多方法(fa)(fa)(fa)(fa)中，比较成熟的(de)制备方法(fa)(fa)(fa)(fa)有(you)微(wei)机械剥(bo)离法(fa)(fa)(fa)(fa)、外延生(sheng)长法(fa)(fa)(fa)(fa)、化学(xue)气相沉(chen)积法(fa)(fa)(fa)(fa)（CVD 法(fa)(fa)(fa)(fa)）及氧化石(shi)墨-还原法(fa)(fa)(fa)(fa)等。
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制备方法 |
工艺(yi) |
优点 |
缺点 |
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微机械剥离(li)法 |
依据石(shi)墨(mo)层间(jian)的结合(he)力（范德华(hua)力）较弱(ruo)，通(tong)过外加力将石(shi)墨(mo)烯(xi)直接(jie)从(cong)石(shi)墨(mo)上“撕 揭”下来(lai)。其(qi)所用原料(liao)主要天然鳞(lin)片石(shi)墨(mo)。 |
操作相对简单，可得(de)到纯度(du)高(gao)、结构完整(zheng)、物化性(xing)能未被破坏的高(gao)质(zhi)量(liang)产品，宜用于理论研(yan)究。 |
产(chan)品尺寸较小、存在很大(da)不确定性、对设备要求高(gao)、产(chan)量小、 效率低、成(cheng)本高、不宜(yi)大规模生产(chan)
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外延(yan)生(sheng)长法 |
在高(gao)度真空条(tiao)件下(xia)，通过高(gao)温加热表面经过处理(li)的(de)SiC单晶体(ti)，使SiC晶体(ti)中的(de)Si升华而制出(chu)基于(yu)SiC衬底的(de)石墨(mo)烯。 |
控制(zhi)温度可(ke)获(huo)得(de)(de)不(bu)同厚度的产品，所得(de)(de)石(shi)墨烯可(ke)以直(zhi)接进行表(biao)征测试，适(shi)合理论研究。 |
制备(bei)条件苛刻、成本高、产品厚度不(bu)(bu)均一、物化性质(zhi)有破坏、不(bu)(bu)易从(cong)衬(chen)底分离、不(bu)(bu)宜(yi)大(da)规模生产。 |
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CVD法 |
CVD 法(fa)是通过(guo)(guo)一定的(de)(de)(de)手段 （高(gao)温、微(wei)波(bo)） 将(jiang)含碳化合物(wu)分(fen)解(jie)成(cheng)碳原子，使其(qi)沉(chen)积(ji)到衬(chen)(chen)底表面(mian)(mian)并扩散生成(cheng)规整(zheng)的(de)(de)(de)碳膜(mo)，再将(jiang)衬(chen)(chen)底除去(qu)即可(ke)得(de)到单层(ceng)或多(duo)层(ceng)的(de)(de)(de)石墨(mo)(mo)烯。CVD 法(fa)可(ke)以(yi)通过(guo)(guo)控制含碳化合物(wu)的(de)(de)(de)流量、衬(chen)(chen)底的(de)(de)(de)种类(lei)以(yi)及(ji)反应的(de)(de)(de)温度来(lai)得(de)到不同面(mian)(mian)积(ji)、层(ceng)数的(de)(de)(de)石墨(mo)(mo)烯，是生产(chan)石墨(mo)(mo)烯最(zui)具潜力的(de)(de)(de)一种方法(fa)。 |
产量(liang)可(ke)观、产品(pin)尺寸较大(da)、均匀性好、质量(liang)高、可(ke)控性好。 |
设备要求(qiu)高、工艺(yi)复(fu)(fu)杂(za)、成(cheng)本较高、石墨(mo)烯转移过程复(fu)(fu)杂(za)、操作(zuo)条件(jian)苛刻(ke)。 |
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氧化石墨(mo)-还(hai)原法 |
主要包括石墨的氧化(hua)(hua)(hua)、氧化(hua)(hua)(hua)石墨的剥离以及石墨烯氧化(hua)(hua)(hua)物的还(hai)原三个过程。 |
设备简(jian)单(dan)、产量高、成本较(jiao)低、生产周期短、操作简(jian)单(dan)。 |
产品结构有缺陷(xian)、物化性质(zhi)有破坏、设备腐(fu)蚀严重、环境污染 较大 |
氧化石墨(mo)-还原法制备石墨(mo)烯的(de)基本原理(li)
目(mu)前(qian)，随着石墨烯的研究和产(chan)业化的持续发展，其(qi)生产(chan)应用(yong)得到了进一步发展，主要应用(yong)如下：
（1）传感(gan)器领域
石墨(mo)烯是用作(zuo)光学(xue)(xue)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)、化(hua)(hua)学(xue)(xue)及(ji)电化(hua)(hua)学(xue)(xue)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)、生物(wu)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的(de)良(liang)好(hao)材料(liao)。哈尔滨工业大(da)学(xue)(xue)潘昀(yun)路教授团队研究提(ti)出(chu)了一种超柔性(xing)和透明(ming)的(de)基于(yu)石墨(mo)烯的(de)场效应晶体(ti)(ti)管 (GFET) 可(ke)(ke)(ke)穿戴纳米(mi)(mi)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)，用于(yu)检测体(ti)(ti)液生物(wu)标(biao)志物(wu)。纳米(mi)(mi)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)被一种受(shou)体(ti)(ti)功能(neng)化(hua)(hua)，该受(shou)体(ti)(ti)可(ke)(ke)(ke)以与生物(wu)标(biao)志物(wu)特异性(xing)结合，从(cong)而(er)导致(zhi)石墨(mo)烯的(de)载体(ti)(ti)浓度(du)发生可(ke)(ke)(ke)检测的(de)变化(hua)(hua)。从(cong)100次(ci)变形循环（半径(jing)175m弯曲、150 °折叠和 50%收缩）恢复后，未观察到可(ke)(ke)(ke)见的(de)机(ji)械(xie)损伤，并(bing)且纳米(mi)(mi)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的(de)电性(xing)能(neng)也高度(du)一致(zhi)。
石(shi)墨烯(xi)场(chang)效应晶体(ti)管 (GFET) 可穿戴纳(na)米传(chuan)感器
（2）半导(dao)体(ti)领域
石(shi)(shi)墨(mo)烯具有(you)电阻率(lv)小、热导(dao)率(lv)高的优(you)点，被认为(wei)是最理想的电极和半(ban)导(dao)体材(cai)料(liao)，也最有(you)希望成为(wei)“硅”的替代品(pin)，用(yong)来制(zhi)(zhi)造全(quan)新的石(shi)(shi)墨(mo)烯半(ban)导(dao)体器件。美国(guo)宾夕法尼亚州(zhou)立大学(xue)材(cai)料(liao)科(ke)学(xue)家以天(tian)然石(shi)(shi)墨(mo)未原料(liao)，采用(yong)机械剥离法制(zhi)(zhi)备石(shi)(shi)墨(mo)烯，然后通过石(shi)(shi)墨(mo)烯辅助(zhu)的迁移增强(qiang)封装生(sheng)长法（MEEG）法，首(shou)次合成二维氮化镓材(cai)料(liao)，其具备的优(you)异电子性(xing)(xing)能和强(qiang)度将产(chan)生(sheng)颠覆性(xing)(xing)应用(yong)效果(guo)。
石墨烯辅助迁(qian)移增强封(feng)装(zhuang)生长法(fa)法(fa)合成氮化镓材料示意图
（3）显示及(ji)储(chu)能领域
石墨烯具有(you)质轻、膜(mo) 薄、强度(du)大、柔韧(ren)性好、透光性极好等(deng)(deng)特点，可代替目(mu)前的透明电(dian)极材料(liao)氧化铟锡(xi)（ITO）和氧化氟锡(xi)（FTO），在触摸屏、显示器(qi)、太阳能电(dian)池等(deng)(deng)方(fang)面具有(you)很好的应(ying)用前景。
（4）生物医学领(ling)域
在生(sheng)物(wu)(wu)医学领域(yu)，石墨烯(xi)独(du)特的(de)(de)二维(wei)层状(zhuang)结构及(ji)良好的(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)相容(rong)性使其具(ju)有广泛的(de)(de)应用。目(mu)前，石墨烯(xi)及(ji)其衍生(sheng)物(wu)(wu)在生(sheng)物(wu)(wu)医药领域(yu)的(de)(de)应用主要集中在生(sheng)物(wu)(wu)传感器、药物(wu)(wu)载体、光线疗(liao)法及(ji)生(sheng)物(wu)(wu)成像等方(fang)面。
石墨(mo)烯应用于医用一(yi)次性口(kou)罩
（左图(tu)为石墨烯(xi)熔喷布滤材示(shi)意图(tu)，右(you)图(tu)为某(mou)企(qi)业捐赠上海(hai)抗疫石墨烯(xi)医用口罩(zhao)）
参考文(wen)献：
1、刘玉海(hai)，李海(hai)明，碱酸(suan)法制备高(gao)纯石墨试验(yan)研究，矿(kuang)产保(bao)护与利用
2、付猛，王(wang)荣飞，赵(zhao)晓兵，膨胀石墨(mo)的表面(mian)修(xiu)饰及其对甲醛吸(xi)附性能(neng)研究，功能(neng)材料(liao)
3、王光民，高纯石墨生产(chan)工艺探(tan)讨(tao)，非金属(shu)矿
4、杨玉芬，陈湘彪，盖国(guo)胜，天(tian)然石墨(mo)球形化工艺研究，过程(cheng)(cheng)工程(cheng)(cheng)学(xue)报
5、朴(po)正杰(jie)，时杰(jie)，吕宪俊，氟化(hua)石墨(mo)的加工技术及(ji)其(qi)应用新进展，化(hua)工新型材料(liao)
6、牟铭(ming)，顾宝珊(shan)，王仕东，石墨烯及其(qi)复合(he)材料(liao)在(zai)水处理中的研究进展，化工新型(xing)材料(liao)。
昕玥
