石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)（Graphene）具有優異的(de)(de)(de)光學、電學、力學特(te)性(xing)，被認為是一(yi)種未來革命性(xing)的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)(neng)(neng)/結構材(cai)料，在能(neng)(neng)(neng)源環境、生(sheng)物(wu)醫療、電子器件(jian)、化(hua)(hua)工(gong)和(he)航空航天等(deng)(deng)多方面(mian)(mian)具有重(zhong)要(yao)(yao)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)。采用(yong)(yong)射(she)頻感應(ying)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)和(he)微波(bo)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)等(deng)(deng)離(li)子體制備(bei)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)能(neng)(neng)(neng)耗高，難(nan)(nan)以工(gong)業化(hua)(hua)應(ying)用(yong)(yong)。熱(re)(re)等(deng)(deng)離(li)子體熱(re)(re)解(jie)碳氫(qing)化(hua)(hua)合(he)物(wu)合(he)成石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)，由于等(deng)(deng)離(li)子體電導率(lv)隨(sui)著溫(wen)度增加(jia)(jia)(jia)迅速上(shang)升，導致電弧自動(dong)收縮到(dao)很小的(de)(de)(de)范圍，對于合(he)成石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)要(yao)(yao)求的(de)(de)(de)毫秒級反應(ying)時間，難(nan)(nan)以實現均勻(yun)(yun)(yun)(yun)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)，產(chan)(chan)品均勻(yun)(yun)(yun)(yun)性(xing)差，能(neng)(neng)(neng)耗高。采用(yong)(yong)課題組研(yan)制的(de)(de)(de)磁(ci)分散電弧產(chan)(chan)生(sheng)大面(mian)(mian)積均勻(yun)(yun)(yun)(yun)等(deng)(deng)離(li)子體的(de)(de)(de)技(ji)術，解(jie)決了(le)等(deng)(deng)離(li)子體對物(wu)料快(kuai)速均勻(yun)(yun)(yun)(yun)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)問題。所制備(bei)的(de)(de)(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)平面(mian)(mian)尺(chi)寸50-300nm，層數2-5層，表(biao)現出良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)晶(jing)體結構和(he)超大的(de)(de)(de)比表(biao)面(mian)(mian)積，產(chan)(chan)品均勻(yun)(yun)(yun)(yun)性(xing)好(hao)；制備(bei)方法及設備(bei)簡單，一(yi)步合(he)成，無(wu)需還原，且無(wu)需基底、催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)、溶液或(huo)酸(suan)，收率(lv)高約（~14%），能(neng)(neng)(neng)耗低(di)約~0.4kW·h/g，成本(ben)低(di)，具備(bei)實現低(di)成本(ben)大規(gui)模連續(xu)生(sheng)產(chan)(chan)的(de)(de)(de)前景。

不同模式電弧(hu)CCD圖(tu)像(xiang)與石(shi)墨烯樣品檢(jian)測結果

研究(jiu)工作(zuo)探究(jiu)了等離子參數、原(yuan)料氣體組成與納米石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)形(xing)態、層(ceng)數及(ji)缺陷之間的關(guan)系，同時(shi)揭示(shi)了產(chan)生(sheng)高純(chun)度(du)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)需(xu)要工藝(yi)條件。結合等離子體反(fan)應器流場溫(wen)度(du)場的數值模擬和化學反(fan)應動力學計算(suan)，提出(chu)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)可能的形(xing)成機理：低碰撞頻率(lv)的成核前(qian)驅體有利(li)于形(xing)成片層(ceng)（sheet-like）核心，并在富氫(qing)和高溫(wen)的等離子體環境(jing)中保持平面生(sheng)長(chang)。石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)形(xing)成機理的闡明，為產(chan)品生(sheng)產(chan)控制提供了理論指導。

團隊王(wang)城特(te)聘副(fu)研(yan)究員和(he)(he)博士生陳(chen)仙輝分別為(wei)兩篇論(lun)文的第一作(zuo)者，夏維東教(jiao)(jiao)授為(wei)兩篇論(lun)文的通訊作(zuo)者，王(wang)城特(te)聘副(fu)研(yan)究員和(he)(he)葉桃紅副(fu)教(jiao)(jiao)授分別為(wei)兩篇論(lun)文共同(tong)通訊作(zuo)者。本項目獲(huo)得(de)國家自然科(ke)學基金(jin)委和(he)(he)中國科(ke)學院(yuan)儀器專項基金(jin)的資助。

論文鏈接：