规模制备石墨烯新技术及产品-媒体发布会

公司简介

北京中元龙港矿业科技有限公司成立于2009年3月，以大型机械设备和矿产资源投资为主，是一家对黑色金属、贵金属等矿产资源投资开发利用；对矿产品深加工进行研发，并提供相关技术服务的企业。近年来，公司专注于天然鳞片石墨产品的全过程开发，并且在石墨烯制备与石墨烯应用领域的研发中，取得了突破性进展。公司开发的石墨烯制备技术具有品质高、成本低及完全自主知识产权等特点，现已投产石墨烯中试生产线一条，可年产高品质石墨烯粉体1吨。公司将以现有技术为基础，紧紧围绕国家石墨烯发展战略，依托一流的研发团队，通过先进的投资策略，积极推进高品质、低成本石墨烯的规模化制备，不断拓展石墨烯的应用领域，为推动中国乃至全球石墨烯产业的发展而不懈努力。

公司发展历史

2009年3月北京中元龙港矿业科技有限公司于北京经济技术开发区成立

2010年4月 公司成立兴和县中元矿业有限责任公司，通过政府招拍挂，取得内蒙古乌兰察布市兴和县2个铁矿采矿权，同年开始建厂，达到年生产100万吨铁精粉能力。

2012年7月成立兴和县盛华矿业有限公司

2013年1月投资兴建石墨加工生产线

2014年12月设立公司石墨烯研发中心

2017年1月与北京化工大学签署合作协议，致力于使用物理法制备石墨烯的深层研究与开发

2017年5月用物理液态剥离法制备出石墨烯，中试生产线成功运行

2017年6月公司与化工大学共同成立“北京化工大学-北京中元龙港矿业科技有限公司研发中心”，致力于石墨烯下游产品研发生产

盛华矿业有限公司

经营范围：技术开发、技术咨询、技术服务；销售机械设备、矿产品、日用品、针纺织品、文化用品、体育用品、家用电器；货物进出口、技术进出口、代理进出口。

重点技术

1. 高速水相剪切法中试规模制备石墨烯

2. 采用石墨烯亲水衍生物作为添加剂，代替表面活性剂使石墨能够分散在水中，并有效稳定石墨烯

3. 采用以剪切力为主，可高速旋转，易放大的设备剥离石墨

石墨烯介绍

石墨烯 是21世纪最具颠覆性的新材料，具有强度最高、韧性最高、透光率最高、重量最轻、电子迁移率最快、导电性最佳的优异特性，借助“石墨烯+”战略平台，可以为一大批传统材料的性能提升与应用拓展提供有力支撑，同时衍生出一系列性能优异的新一代功能元器件，在锂离子电池、太阳能电池、超级电容器、传感器、生物医药、复合材料、环保、柔性显示、半导体行业等传统领域和新兴领域的应用都将引起相关行业革命性的变革，改变行业现有竞争格局，成为引领新一代工业技术革命的战略性新兴产业。

北京中元龙港矿业科技有限公司与北京化工大学合作，共同开发出高效、低成本、高品质石墨烯规模化生产技术，采用物理液相剥离法，生产高纯度石墨烯，对环境无污染。经检测，我们生产的石墨烯产品质量优质，平均层数3层以下，片的尺寸大于3微米，单层率60%左右。

目前，公司已经建成年产1吨的中试生产线，计划从2017年6月开始在内蒙古兴和县建设规模化生产基地。

石墨烯未来前景

石墨烯 是构成石墨、碳纳米管、富勒烯等碳材料的基本结构单元，具有优良的导电性、导热性、高强度、高透明度和超大的比表面积及良好的生物相容性，在复合材料、电子器件、电能储存装置、生物传感器、催化剂载体等领域具有良好的应用效果及前景，是目前最热研究领域之一，也有大量的潜在需求。实现其高性能低成本规模化制备是其应用的前提和保障，更是人们关注和研究的焦点。现有的石墨烯制备方法很多，如：气相合成法、氧化还原法及液相剥离法等。其中液相剥离法被认为是高性能石墨烯规模化制备的重要方法之一，但由于目前制备效率和产率较低，致使尚未见采用该方法产业化制备的报道很少。

本技术在对液相剥离法制备石墨烯过程深入分析的基础上，结合国内外文献，创新性地提出用石墨衍生物作为分散剂，采用高速剪切法来解决该过程效率低及规模难以放大等问题，建成了年产一吨的中试生产线，所得产品理化性能良好。该工艺的特点具体如下：

（1）绿色环保，以水为溶剂，在常压下进行，不加表面活性剂等有机成分，对环境无害。

（2）成本较低，每公斤石墨烯成本在500元以内。

（3）产品质量好。由于产品主要是剥离法制得，缺陷少，层数低，多在七层以内，片的大小在3-5微米之间；未加入表面活性剂对产品无污染，纯度高；产品的导电率接近50000S/m，达到国际领先水平。

（4）所用重要设备都来自市场定型设备，所使用的添加剂也可从市场购买，原料来源广，可膨或高纯鳞片石墨及人工石墨均可，具有很好的产业化前景。

石墨烯理化性质

1力学特性

石墨烯是目前已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度，平均模量可大0.25TPa。由石墨烯薄片组成的石墨纸拥有很多的孔，因而石墨纸显得很脆，然而，经氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强韧。

2电子效应

石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/（V-s），这一数值超过了硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟（InSb）的两倍以上。在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/（V-s）。与很多材料不一样，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，50~500K之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm2/（V-s）左右。

另外，石墨烯中电子载体和空穴载流子的半整数量子霍尔效应可以通过电场作用改变化学势而被观察到，而Novoselov等在室温条件下就观察到了石墨烯的这种量子霍尔效应。石墨烯中的载流子遵循一种特殊的量子隧道效应，在碰到杂质时不会产生背散射，这是石墨烯局域超强导电性以及很高的载流子迁移率的原因。石墨烯中的电子和光子均没有静止质量，他们的速度是和动能没有关系的常数。

3热性能

石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管（3500W/mK）和多壁碳纳米管（3000W/mK）。当它作为载体时，它的导热系数也可达600W/mK。

4光学特性

石墨烯具有非常良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3%，看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内，厚度每增加一层，吸收率增加2.3%。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性，且其光学特性随石墨烯厚度的改变而发生变化。这是单层石墨烯具有不寻常的低能电子结构。电子和空穴的锥形带在狄拉克点相遇的结果。在室温下对双栅极双层石墨烯场效应晶体管施加电压，石墨烯的带隙可在0~0.25eV间调整。施加磁场，石墨烯纳米带的光学响应可调谐至太赫兹范围。

人与科技的结合

毋伟，男，生于1966年3月，矿物加工工程专业博士，北京化工大学教授，博士生导师。自2000年以来一直从事化工过程强化、微纳米材料的制备和应用方面的科研和教学工作，目前已在“Ind. Eng. Chem. Res.”、“J. Phys. Chem. C.”、“Langmuir”、“ J. Appl. Phys. ”、“Chem. Eng. J”、等国内外重要期刊上发表学术论文80余篇，编写专著1部，参编专著3部，申请和授权专利多项，负责或参加了国家“863”、“支撑计划”、国家自然科学基金及中石油、新和成等校企合作项目多项。现为中国颗粒学会理事、北京粉体技术协会理事、中国硅酸盐学会矿物材料分会理事、中国非金属矿协会矿物加工专业委员会专家组成员、中国粉体技术杂志编委等。

一，近期的主要有特色的研究方向如下：

（1） 超重力法制备纳米聚苯胺纤维及其复合材料利用超重力旋转床强化传质和微观混合特性，低成本制备高性能的纳米聚苯胺及其碳纳米管和石墨烯复合材料，并研究了其形成机理及电化学性能。

（2） 规模制备石墨烯针对目前氧化-还原法制备石墨烯中剥离和还原技术存在的问题，以旋转床代替超声和反应釜，增加了剥离的可控性和还原的速度和程度。针对目前存在的直接剥离法制备石墨烯，效率低下，难以工业化的难题，以超重力旋转床和高速剪切装置为剥离设备，优选出了理想的高效添加剂，大大提高了剥离效率，达到了可工业化的程度。

二，完成或正在完成的项目

（1）超重力液相剥离法制备二维纳米材料研究国家自然科学基金项目（21676023），2017-2020.

（2） 超重力技术强化石墨烯分散液制备过程研究,国家自然科学基金项目(21376025), 2014.1-2017.12, 项目负责人,正在进行。

（3）石墨烯制备中试技术开发, 2017-2018，项目负责人，正在进行。

（4）超重力法纳米聚苯胺可控合成及其机理研究, 国家自然科学基金项目(21076021), 2011.1-2013.12, 项目负责人，已完成。

（5）类胡萝卜素的合成及制剂化关键技术开发，国家科技支撑计划课题(2007BAE49B01)， 2007.8-2010.12，子项目负责人，已通过验收。

（6）超重力法二氧化碳捕集纯化技术及应用示范, 国家科技支撑计划项目(2008BAE65B00), 2008.1-2011.12, 项目骨干研究人员，已通过验收。

（7）超重力反应强化工程化技术，国家863重点项目课题(2006AA030202)，2006.12-2009.12, 子项目负责人，已通过验收。

（8）超重力法合成纳米润滑油清净剂1000吨/年示范生产线工程技术研究，横向项目，2006. 7- 2007. 10, 项目负责人，完成。

（9）“Pickering 乳液”法磁性空心介孔二氧化硅功能吸附剂的可控制备及其吸附特性研究, 国家自然科学基金项目(20671010), 2007.1-2007.12, 项目负责人,完成。

（10）纳米电泳显示材料制备及器件研究， 教育部科学技术研究重大项目(305002)，2005.1-2007.12, 子项目负责人，完成。

（11）纳米磁性球在抗癌药物中的应用，国家自然科学基金委资助对外交流与合作项目(No.20325621)，2005.1.1-2006.12, 主要参加人，完成。

（12）纳米电子墨水及其显示器件，863计划项目(2004AA302010), 2004.9-2005.12, 子项目负责人，完成。

（13）特种光电子纳米材料（纳米氧化锌）超重力法合成，与新加坡纳米材料科技有限公司合作项目，子项目负责人，完成。

（14）超重力法合成纳米级高碱值石油磺酸钙添加剂新工艺的研究, 中石油基金项目，第三负责人，完成。

（15）超重力法制备纳米碳酸钙工业化成套技术及其应用，与新加坡纳米材料科技有限公司合作项目，子项目负责人，完成。

签约仪式

总结与展望

尽管每年出版了数千个关于石墨烯的研究论文，但石墨烯行业仍处于初级阶段。随着制备方法取得重大进展，石墨烯材料的大规模生产已经实现，通过石墨化学或物理加工，石墨烯粉末或悬浮液年产量可达数十万吨，通过CVD在Cu上产生成千上万平方米的石墨烯。石墨烯同样存在一些挑战：

（1）高性能低成本石墨烯的规模化制备扔面临很大困难和挑战；

（2）完整的石墨烯材料产业链非常重要；

（3）石墨烯大量应用及性能的充分挖掘有待突破。

最后，需要注意的是，应用研发与基础研究之间通常有一个“良性循环”或反馈回路。预计石墨烯和相关材料的基础研究将会因为现有领域和新领域的商业化而蓬勃发展。