石墨烯“直立生长” 助医用设备减少辐射量

【成果播报】

◎本报记者 雍 黎

石墨烯场发射X射线管可让医用设备辐射量比现有设备减少60%以上。近日，记者从重庆石墨烯产业园获悉，入驻该园区的重庆信合启越科技有限公司历时10年完成了“立式石墨烯阵列材料的制备及其应用”全产业链技术开发，已建成年产4万片以上的石墨烯材料规模化生产线。

掌握了完整的材料制备工艺

石墨烯被誉为“材料之王”，是迄今为止自然界厚度最薄、硬度最高、导热导电性能最好的新材料。

“我们做石墨烯可以说是误打误撞。”重庆信合启越科技有限公司总经理李葵阳说，公司2009年成立，最初研究方向是碳纳米管制备技术。碳纳米管曾经是场发射材料的研究热点，他们按照需求目标进行针对性研发，不断改进制程工艺、核心生长设备和产品结构形貌。没想到最接近目标的产品结构已经是立式石墨烯。

当时石墨烯这一概念还不被大众广泛认知，他们拿着制备的材料经过第三方专家分析认定，才确定这一材料是石墨烯。

李葵阳说，为了能够掌握完整的材料制备工艺，公司承担了国家863计划项目“石墨烯的控制制备及其在光电领域的应用”课题，历时两年掌握了材料的生长动力学模型，摸索出完整的材料制备工艺。

有别于粉体材料和薄膜材料，立式石墨烯阵列材料是由相对于基材直立结晶生长的高纯度石墨烯构成的新型石墨烯材料。公司自主研发的高温可控化学气相沉积工艺，可在金属、碳纤维、微晶硅等各种基材上结晶生长成型，无须剥离转移过程，直接构成电子场发射电极、电催化电极、电储能电极等各种新型核心器件产品。

为了解决材料的批量化、可靠性、一致性等工程化研发，他们历时4年，掌握了从生产设备、产品配方到制备工艺全流程的自主知识产权，已申请国家发明专利11项，获授权8项，获授权美国发明专利1项，获授权德国发明专利1项。

今年9月，重庆信合启越科技有限公司和重庆大学共同完成了“立式石墨烯阵列材料的制备及其应用”项目，通过中科合创（北京）科技成果评价中心组织的专家科技成果评价会，专家组认为该成果实现了立式石墨烯材料制备技术及中试示范技术的研发，整体技术达到国际先进水平，其中水处理和射线管应用技术达到国际领先水平。

相关产品已形成规模化生产

近年来，我国石墨烯产业高速发展。不过在应用方面，石墨烯仍以中低端产品为主，也让这一备受期待的“材料之王”被戏称为“工业味精”，急需向智能化、高端化转型。

“立式石墨烯阵列材料具有强电子隧穿效应、高导电性、大比表面积、高强度、高结构稳定性等特点，我们认为它在电催化、场发射、电储能等领域具有很高的应用价值。”李葵阳说。

在应用方面，他们将新型X光管等X射线影像设备作为率先突破的应用领域。据了解，目前市场上应用的X射线管均为加热钨丝发射电子的热发射X射线管，存在杂散射线多、辐射高、生产成本高等问题。石墨烯场发射X射线管，采用立式石墨烯阵列材料作为电子发射阴极，是基于场发射原理构成的新型X射线源器件。具有能量转换效率高，杂散射线少，辐射剂量小，低功耗及发热量低等特性。

在以副总经理邓波为首的研发团队的努力下，重庆信合启越科技有限公司不仅完成了新型X射线管产品的规模化生产工艺研发，同时还建成了国内一流的X射线管批量生产线及高标准的产品质量管理体系。目前，重庆信合启越科技有限公司已能规模化生产65KV—300KV全系列玻璃外壳X射线管；医用X射线管及牙科医用X光机65KV产品已交付医疗机构进行中试运行；安检X射线管160KV—250KV系列产品已向安检设备供应商批量供货；工业检测X射线管产品已小批量交付工业检测设备供应商。

除X射线应用领域外，立式石墨烯阵列材料还分别应用于环保、储能等战略性新兴产业应用领域当中。

李葵阳表示，入驻重庆高新区后，他们得到了进一步的发展，接下来还将继续加大对石墨烯材料及相关产品的创新研发和市场推广力度。相信随着新型高性能应用产品陆续投入市场，将逐渐形成具有自主知识产权的立式石墨烯高科技产业链条和产业集群，积极助推重庆石墨烯产业发展。