石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)（Graphene）具(ju)有優(you)異的(de)(de)光(guang)學(xue)、電(dian)學(xue)、力學(xue)特性，被認為是一(yi)種未來革命性的(de)(de)功能(neng)/結(jie)構材料，在能(neng)源環境、生(sheng)(sheng)物(wu)醫療(liao)、電(dian)子器件、化工(gong)和航空航天等(deng)多方面(mian)具(ju)有重要的(de)(de)應用。采用射(she)頻感應加(jia)熱(re)(re)和微波加(jia)熱(re)(re)等(deng)離子體(ti)制(zhi)備(bei)(bei)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)能(neng)耗高，難以(yi)工(gong)業化應用。熱(re)(re)等(deng)離子體(ti)熱(re)(re)解(jie)碳氫化合(he)物(wu)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)，由于(yu)等(deng)離子體(ti)電(dian)導率隨著溫度增加(jia)迅(xun)速上升，導致電(dian)弧自動收(shou)縮到很(hen)小(xiao)的(de)(de)范圍(wei)，對(dui)于(yu)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)要求的(de)(de)毫(hao)秒級反(fan)應時間，難以(yi)實(shi)現均(jun)勻(yun)加(jia)熱(re)(re)，產(chan)品(pin)均(jun)勻(yun)性差，能(neng)耗高。采用課題組研制(zhi)的(de)(de)磁(ci)分(fen)散電(dian)弧產(chan)生(sheng)(sheng)大面(mian)積均(jun)勻(yun)等(deng)離子體(ti)的(de)(de)技術，解(jie)決了等(deng)離子體(ti)對(dui)物(wu)料快速均(jun)勻(yun)加(jia)熱(re)(re)問題。所制(zhi)備(bei)(bei)的(de)(de)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)平面(mian)尺寸50-300nm，層(ceng)數2-5層(ceng)，表現出良好(hao)的(de)(de)晶體(ti)結(jie)構和超大的(de)(de)比表面(mian)積，產(chan)品(pin)均(jun)勻(yun)性好(hao)；制(zhi)備(bei)(bei)方法(fa)及(ji)設備(bei)(bei)簡單，一(yi)步合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，無需還原，且(qie)無需基底、催化劑、溶液或酸，收(shou)率高約(yue)（~14%），能(neng)耗低約(yue)~0.4kW·h/g，成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本低，具(ju)備(bei)(bei)實(shi)現低成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本大規模連續(xu)生(sheng)(sheng)產(chan)的(de)(de)前景。

不同模式電弧CCD圖像(xiang)與石墨烯樣品檢(jian)測結果

研究(jiu)工作探(tan)究(jiu)了等(deng)(deng)離子(zi)參數、原料(liao)氣體(ti)組(zu)成與納米石(shi)墨(mo)烯(xi)形(xing)態(tai)、層數及缺陷之間的關(guan)系(xi)，同時(shi)揭示了產生(sheng)(sheng)高(gao)純度石(shi)墨(mo)烯(xi)需要工藝條件。結合(he)等(deng)(deng)離子(zi)體(ti)反應器流場(chang)溫(wen)(wen)度場(chang)的數值模擬和化學反應動(dong)力學計算，提(ti)出石(shi)墨(mo)烯(xi)可能的形(xing)成機理(li)(li)：低(di)碰撞頻率的成核前驅體(ti)有利于形(xing)成片層（sheet-like）核心，并在富氫和高(gao)溫(wen)(wen)的等(deng)(deng)離子(zi)體(ti)環境中保持平面生(sheng)(sheng)長。石(shi)墨(mo)烯(xi)形(xing)成機理(li)(li)的闡明，為產品生(sheng)(sheng)產控制提(ti)供(gong)了理(li)(li)論指導(dao)。

團隊(dui)王城特(te)聘副研(yan)究員和(he)博(bo)士生陳仙輝(hui)分別為(wei)兩篇論文(wen)的(de)第一作(zuo)者，夏維(wei)東(dong)教授為(wei)兩篇論文(wen)的(de)通訊作(zuo)者，王城特(te)聘副研(yan)究員和(he)葉桃紅副教授分別為(wei)兩篇論文(wen)共同通訊作(zuo)者。本項(xiang)目獲(huo)得國(guo)家自然科學(xue)(xue)基金委和(he)中國(guo)科學(xue)(xue)院(yuan)儀器專項(xiang)基金的(de)資助(zhu)。

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