论碳纳米材料产业化的“三部曲”

碳纳米材料作为新型材料界的“红人”，具有高端应用与复合应用的双重优势；其突出的力学、电学和化学性能引发了国内外持久的研究热潮，被誉为推动传统产业创新转型和升级换代的重要推手。

近期，中国粉体网联合江苏省纳米技术产业创新中心、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所主办了以“碳纳米材料产业化”为主题的“2018低维碳纳米材料制备及应用技术交流会”。综合来看，碳纳米材料要实现产业化需要走这三步。

第一步：料要成材

以石墨烯为例，大规模制备高质量石墨烯是其应用的基础，石墨烯原料主要为鳞片石墨，目前制备的方法有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法等。具体对比如下：

2018低维碳纳米材料制备及应用技术交流会上，来自北卡罗莱纳州中央大学的戴贵平教授为我们带来一种新鲜的研究思路：采用三聚氰胺作为原料制备三维石墨烯与氮沉积碳纳米管复合材料。因为三聚氰胺里既有N原子又有C原子，可以同时提供实验所需的氮源和碳源。

第二步：材要成器

第二步是实现石墨烯等碳纳米材料产业化最为关键的一步，是联通材料与应用的纽带。石墨烯的表面状态非常稳定，亲油性和亲水性都很差，不能有效地与复合材料基体进行复合，并且易形成团聚体。因此，对石墨烯进行表面改性以及分散尤其重要。

石墨烯的分散方法

除了了解分散方法，分散结果的表征也尤为重要，常用的表征方法主要有测量沉降速度、测量堆积密度、采用浊度计、测量Zeta 电位以及测量粒度分布，其中粒度分布的测量已为人们所熟知。

用激光粒度仪测量粉末的粒度分布来表征分散性，主要是应用光的散射原理和仪器的光学结构，计算机事先计算出了仪器测量范围内各种直径粒子对应的散射光能分布，通过适当的数值计算，得到与之相应的粒度分布。

通常颗粒的平均粒径越小，表明颗粒分散性越好，即没有或只有少量软团聚，该方法可以用来检验各种方法的分散效果。

第三步：器要成用

碳纳米材料应用广泛，以石墨烯为例，石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向，其根据复合材料的不同主要分为以下几类：

1、“石墨烯+涂料”

石墨烯同时具备优异的导电性和防腐蚀性能，因此可以用于导电涂料和防腐涂料。

石墨烯防腐涂料“迷宫效应”示意图

2018低维碳纳米材料制备及应用技术交流会上，青岛德通纳米于锦女士（代萧小月博士）介绍了石墨烯的化学以及物理分散方法以及应用于防腐涂料的实际案例。

2、“石墨烯+新能源汽车”

石墨烯复合材料可替代金属或玻璃钢用于汽车壳体，具有质量轻，强度高，可设计性强的特点。除此之外，还可用于新能源汽车的储能材料：

来自中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所刘立伟研究员介绍的高质量薄层石墨烯薄膜可用于锂电电芯正极导电浆料、锂电前驱体材料制备导电浆料以及锂电铝箔涂炭浆料。

常州大学的马昕教授分析了锂电池及原材料的发展现状及趋势，并介绍了低维碳纳米材料作为锂电池导电剂的多项优势以及新研发的硅负极材料。

3、“石墨烯+导热材料”

石墨烯是一种超级新型纳米材料，具有超高强度、超高导热系数，通过工艺处理可以得到性能良好的碳基导热膜。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所林正得提出将石墨烯附着到海绵等多孔结构的材料，得到的三维石墨烯材料的导热率会大幅度提高，而且成本较低。

中国科学院过程工程研究所崔彦斌研究员将石墨烯加到环氧树脂中，通过大大提高导热率制备出碳基导热膜，而且相比于国外市场的导热膜，具有价格低的优势。

……

综述：

一个材料的兴起必然要经过三个阶段：料要成材；材要成器；器要成用。石墨烯产业目前尚处于技术概念期，要真正进入产品导入期和市场扩张期，还有相当长的一段时间。但是从“书架”走向“货架”已成必然，让我们共同期待碳纳米材料即将带给我们的崭新未来！