图1. 石墨烯商业化解决方案
前序
石墨烯能否得到全面的商业化应用取决于石墨烯的制备工艺。更重要的是，不同的应用领域对石墨烯的技术参数要求不一样。选择正确的、合适的石墨烯是重要前提。
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石墨烯粉体的选择
石墨烯粉体按照厚度可分为单层石墨烯、少层石墨烯（2-10层）、和多层石墨烯。另外，不同的横向尺寸对原材料的选择、工艺过程设定和设备开发方面的要求均不一样。同样，石墨烯的纯度、均匀性、N/P型掺杂、电导率、比表面积等参数也是重要的指标。
高质量的石墨烯是指单层或少层石墨烯，并且层数分布均匀。同时，高质量石墨烯的纯度越高越好，分散特性、表面修饰或掺杂、导电性、导热性、比表面积、纯度等方面要保持较好的特性和一致性。
在实际商业化应用中，石墨烯的品质并非越高越好，需要根据使用需求来进行定制开发。低成本、批量化、定制化制备所需要的石墨烯材料是石墨烯走向下游应用产品的关键。目前，高质量石墨烯材料可复制化、可批量化制备技术依然是石墨烯产业的瓶颈。
中科悦达（上海）材料科技有限公司依托中科院上海微系统所的石墨烯粉体科研团队，依托江苏悦达集团新材料平台和下游应用渠道，打造顶级的石墨烯材料。中科院上海微系统所石墨烯粉体团队负责人丁古巧研究员从事石墨烯研究近十年，探索了氧化还原法、机械剥离法、和电化学剥离法等石墨烯材料制备技术。
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石墨烯生产线解决方案
2.1 氧化还原法制备石墨烯
图2. 氧化还原法制备高质量石墨烯主要工艺流程
氧化还原法制备石墨烯的主要工艺流程是使用强酸和强氧化剂对原材料石墨进行插层和氧化，再利用改进纯化装置对氧化的产物快速洗涤除酸，后续剥离得到氧化石墨烯溶液，经过干燥和热还原处理后，获得石墨烯粉体。
图3. 氧化还原法制备石墨烯工艺流程设计图
图4. 氧化石墨烯生产线现场图（左：整线，右：氧化工段）
中科悦达这套氧化还原生产方案可以缩短氧化时间和钝化时间，降低辅料用量，提高生产效率。可以提供厚度1-5层、比表面积大于等于500的石墨烯产品。
2.2 机械剥离法制备石墨烯
图5. 机械剥离法制备高质量石墨烯主要工艺流程图
机械剥离法制备石墨烯的主要工艺流程是将原材料石墨和助剂混合，利用一种或多种装置的剪切、空化作用力处理得到石墨烯材料，再经干燥装置处理得到石墨烯粉体。
图6. 机械剥离法制备石墨烯工艺流程设计图
图7. 机械剥离制备石墨烯中试线
中科悦达的这套机械剥离中试线自动化程度高、制备效率高、安全环保。所得到的石墨烯粉体片层结构完整、导电导热性能好、适用范围广泛。
2.3 电化学剥离法制备石墨烯
图8. 电化学剥离法制备高质量石墨烯主要工艺流程图
电化学剥离法制备石墨烯的主要工艺流程是在电解液中对石墨烯粉或石墨纸进行电化学插层剥离，减弱石墨层间范德华力直至剥离，后续洗涤、剪切、过滤、干燥处理得到石墨烯粉体。
图9. 电化学剥离法制备石墨烯工艺流程设计图
图10. 电化学电极设计图
中科悦达的这套电化学剥离工艺方案成本低、工艺简单高校、安全环保、可控性强。所得到的石墨烯粉体片层结构完整、导电导热性能高，可用于导热涂料、电池导电剂等领域。
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石墨烯应用解决方案
3.1 智能手机散热解决方案：石墨烯散热膜
图11. 石墨烯导热膜产品图
石墨烯导热膜以氧化石墨烯滤饼作为初始原料，利用分散、除泡、涂布等设备，辅助以分散技术、涂布技术、低温还原技术等获得柔性好、厚度可控、强度高、散热性能好的石墨烯膜，可作为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、无人机、智能电视机等产品重要的散热结构。
子公司江苏烯望新材料科技有限公司现有石墨烯导热膜年产能30万平方米的现代化工厂，至2021年底，年产能增加至150万平方米，将为各大品牌方提供高质量，大批量的石墨烯导热膜。
3.2 石墨烯热管理涂层解决方案
图12. 石墨烯传热计算与示意图
石墨烯可用于热量集中部件进行散热，其导热系数高，可以使热量在石墨烯涂层内部快速扩散，增加热扩散面积，起到均热效果。另外，石墨烯热辐射能力强，向外辐射热量会增多，在此基础上提高了表面传热系数，热对流特性也相对提高。同时，经过石墨烯特殊结构转化，大量的热量将以远红外光线的形式辐射出来。
图13. 石墨烯热管理涂层应用领域
中科悦达采用低缺陷大尺寸的高品质石墨烯作为散热材料形成耐高温的石墨烯功能涂层，用于不同的基底如金属、玻璃、陶瓷、塑料等，涂层厚度为10-30μm。高温热源的热量经涂层时，热量可以迅速向涂层区域大面积均匀铺展，并向外快速辐射扩散，长期可承受400℃以上高温，具有优异的耐温性能。适用的产品有电暖器、手机散热膜、电视机、LED灯、逆变器、汽车、电池组等。
3.3 石墨烯改性纤维解决方案
图14. 石墨烯纤维产品
石墨烯改性纤维具有优异的快速吸热蓄热功能，赋予纤维良好的保暖性。其次，具有天然永久抗菌特性，不会诱导细胞产生耐药性，符合3A国家抗菌标准。并且石墨烯所散发的远红外光波波长在8-15μm，与人体所散发的光波波段相近，被称为生命光波，能改善血液循环，促进新陈代谢，对人体有保健作用。
图15. 石墨烯抗菌纺织产品
中科悦达开发的新型石墨烯抗菌纱布在医疗手术中包覆伤口时，可以避免造成伤口感染。并可以根据客户的实际应用需求，如抗菌性能、工艺复杂性、产量和成本等，对具体的石墨烯抗菌纱布生产工艺进行调整和优化。
新型石墨烯抗菌手套可以在手术和护理过程中抑制细菌和微生物，避免造成细菌感染并传给他人。
新型的石墨烯抗菌面料可以有效去除织物表面的菌类污染，保护人体免受菌类污染的威胁。同时还具有抗静电性、导热性、和更高的机械强度。
新型的石墨烯抗菌服装可以有效杀死细菌或抑制细菌的生长，从而起到优异的广谱抗菌性能。这种石墨烯抗菌服装生产工艺还适用于日常穿戴设备如护膝、护肩、眼罩、袜子等。
中科悦达是一站式石墨烯解决方案供应商，能够提供石墨烯规模化生产及连续成膜工艺解决方案、石墨烯材料产品、石墨烯纺织应用解决方案、和石墨烯热管理应用解决方案。
中科悦达（上海）材料科技有限公司将参加2021国际碳材料大会暨产业展览会（第六届），展位号B002。11月18-20日相约上海跨国采购会展中心，欢迎大家莅临展位参观交流！
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