科普世名丨石墨烯制备新技能：超临界流体技术

石墨烯的特殊结构致使其具有许多优异特性，在电子学、光学、磁学、生物医学、传感器、储能等方面有广泛的应用前景。然而石墨烯的制备只停留在实验室阶段，开发一种大规模、高质量、低成本制备石墨烯的方法是实现石墨烯的工业化应用关键技术。

目前制备石墨烯的方法包括：机械剥离法、SiC外延生长法、氧化还原石墨法、化学气相沉积法（CVD）、超临界流体剥离等。据悉，这些制备方法都有其优缺点：

例如机械剥离法能得到晶体结构完整的少数层或多层石墨烯，但其生产效率不高，不能大规模的应用。

氧化还原法是先将石墨氧化成氧化石墨分散在水性介质中，然后再还原得到石墨烯；该法可用于工业化大规模生产石墨烯，但会破坏石墨烯结构，制备出的石墨烯缺陷较多。

SiC外延生长法可得到尺寸较大的单层或多层石墨烯，但石墨烯片却很难转印到其他基板上，只能使用昂贵的SiC基板；其工艺条件苛刻，必须在高温和超高真空条件下，且生产成本高，制备出的石墨烯品质不可控、厚度不均匀。

化学气相沉积法（CVD）可实现大面积制备石墨烯，但在反复转印过程中容易混入杂质，工艺复杂；同时，所用的基片材料单晶Ni的价格昂贵，使得综合制造成本偏高。

相比之下，基于超临界流体剥离制备石墨烯的方法实现了对石墨烯层数的可控制备，具有操作过程简单、制备工艺环保、能耗小、成本低等优点，备受关注。

超临界流体剥离法

超临界流体(supercritical fluids，SCF)具有类似气体的扩散性质，其界面张力为零,容易实现石墨插层；具有类似液体的溶解能力。将高温高压下的超临界流体插层到天然的鳞片状石墨中，使石墨膨胀突破石墨层间的范德华力进而对石墨烯进行剥离、分散。超临界流体剥离制备石墨烯法实现了对石墨烯层数的可控制备，且工艺简单、成本低、设备要求不高，在大规模生产石墨烯具有极好的潜力。

常用的超临界二氧化碳(scCO₂)的临界条件温和(临界温度31.1℃，临界压力7.38MPa)，且CO₂具有无毒、惰性、价廉以及与产物易于分离等优点，在纳米复合材料制备方面的应用非常广泛，将其应用于直接剥离法制备石墨烯，避免了使用大量有机溶剂，且经过简单的泄压操作即可实现产物分离。

综上所述，基于超临界流体技术制备石墨烯，具有价廉、绿色、稳定、易分离且可重复利用等优势。因此，现阶段亟需开发一种可规模化的超临界流体技术制备石墨烯的方法，建设实验室和规模化生产线，从而实现规模化生产石墨烯粉体的目标，为工业化生产石墨烯提供一条新路径。

世名致力于差异化功能性纳米材料基础研究，并在此基础上与上海交通大学建立产学研合作，共同寻求高性能石墨烯的低成本宏量制备技术。在双方的紧密合作下，该超临界流体石墨烯制备实验线安装及调试工作已基本完成，相关设备也通过了运行状态测试。目前，中试设备已经可实现公斤级产能，所获得产品具有良好的导电性能。

在未来，世名将与上海交通大学团队继续开展合作并持续推进放大实验的进行，探索石墨烯材料在锂电、纺织纤维、涂料、导电油墨与薄膜等领域的应用潜力。