瞄準生物質(zhì)
石墨烯的主要原材料是碳，要想打破石化資源的限制，就需要在原材料上另辟蹊徑。
為此，朱錦團隊以木質(zhì)素、纖維素等廉價生物質(zhì)碳源為原材料，成功制備出高純度、高品質(zhì)的生物基石墨烯，而且成本較傳統(tǒng)石墨剝離法路線大幅度降低，由每公斤數(shù)千元下降到數(shù)百元以下。
朱錦團隊制備的生物基石墨烯為蓬松的黑色粉末，其比表面積在400~1000平方米/克，產(chǎn)品的石墨化程度較高，缺陷較少，平均層數(shù)較少。
朱錦告訴記者，生物基石墨烯具有很多優(yōu)勢。首先，原料便宜易得，不受地理限制；其次，整個生產(chǎn)工藝更為簡化和壓縮，對生產(chǎn)設(shè)備要求較低，生產(chǎn)周期和能耗也大幅度降低。
“由于原料、工藝的簡化，使得整個生產(chǎn)過程的可控性更好，批次之間的差異極小，因此在工業(yè)化放大過程中擁有氧化還原法不能比擬的穩(wěn)定性和可靠性。”朱錦說。
而在封偉看來，生物基石墨烯還是一種相對綠色環(huán)保的方法，不僅避免了對環(huán)境不友好的還原劑的使用，也沒有溶劑分子的分解和有害氣體的釋放。與此同時，生物基石墨烯在產(chǎn)率方面也具有微機械剝離法及傳統(tǒng)的化學氣相沉積法不可比擬的優(yōu)勢，純度也相對較高。
不過，由于生產(chǎn)方式和方法不同，用生物基來源的原料目前還無法制備大面積單層石墨烯，即使能夠制備，也會造成成本的大幅度上升。朱錦告訴記者，他們目前依然著眼于生物基石墨烯的粉料領(lǐng)域，在復合材料、能源材料和生物傳感器等領(lǐng)域進行拓展。
“目前，該材料已經(jīng)在防腐復合材料、電池能源材料領(lǐng)域進行了初步的小試試驗，并取得了較好的結(jié)果。”朱錦說，“生物基石墨烯在電池電極材料等領(lǐng)域的對比實驗中，與傳統(tǒng)石墨烯的性能差別并不顯著，甚至可以說生物基石墨烯還表現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢。”
等待市場的檢驗
然而，與傳統(tǒng)的石墨烯一樣，生物基石墨烯也有著產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)上的挑戰(zhàn)。
封偉認為，如何精確控制生物基石墨烯的片層數(shù)與片層大小，以便于獲得固定層數(shù)甚至單層的高質(zhì)量石墨烯是亟待解決的技術(shù)問題。同時，如何避免不同生物碳源的結(jié)構(gòu)、處理過程對生長的石墨烯造成的差異性，也將是工業(yè)化過程中不可避免的問題。
賽迪顧問原材料產(chǎn)業(yè)研究中心分析師張晶晶則對記者表示，作為碳源的纖維素等有機材料來源不穩(wěn)定，且難以大規(guī)模收購，生產(chǎn)過程中還會產(chǎn)生廢氣等污染物，這些劣勢也會形成生物基石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的挑戰(zhàn)。
“如果能克服這些障礙，生物基石墨烯才有可能作為一種合理的方式形成大量市場需求。”張晶晶說。
朱錦也深知應(yīng)用技術(shù)從小試到工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的道路充滿荊棘，為此其團隊已經(jīng)作好充足的準備，開始在能源和防腐領(lǐng)域開展應(yīng)用測試，并以這些測試結(jié)果和反饋來調(diào)整生物基石墨烯產(chǎn)品的特性，使生產(chǎn)與應(yīng)用產(chǎn)生良性循環(huán)，打造石墨烯行業(yè)的健康生態(tài)圈。
不過，在中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長李義春看來，石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭迅猛的同時，重上游輕下游、重科研輕應(yīng)用、重噱頭輕實干等現(xiàn)象也端倪初現(xiàn)，生物基石墨烯是否也會出現(xiàn)“泡沫化”，還需要市場來檢驗。
