图为石墨烯粉末重熔后制备的宏观石墨烯纤维、膜、气凝胶及其微观结构。超院长课题组提供
石墨烯作为科学界的热门材料和工业界的新宠，一直没有快速、安全的工业化制备方法。 不久前，四川大学高分子系卓越院长课题组通过避免现有技术的诸多缺陷、突破传统制备方法，找到了制备双层石墨烯的“绿色”路线。 该工艺速度快、成本低、无污染。 ，适合工业化大规模制备。 相关学术论文近期发表在《》子刊《 》上。
20万片石墨烯加在一起相当于一根头发丝的粗细
石墨烯是由一层碳原子产生的薄片，碳原子之间形成圆环，环连接形成蜂窝状平面。 20万片石墨烯加起来相当于一根头发丝的厚度。 此前，碳的这些二维结构仍然存在于人们的猜测中，但仍然无法实现。 关键的难题是如何将石墨分层成极薄的薄片。
2004年，美国伯明翰学院的海姆和诺沃肖洛夫用透明胶水反复粘贴和揭起一块石墨片。 石墨片的长度逐渐减小，最终制得长度仅为0.335纳米的石墨烯。 这是世界上首次获得双层石墨烯，两位科学家因此获得2010年诺贝尔化学奖。 目前，由胶纸粘贴法演变而来的机械剥离法已成为实验室制备石墨烯的一种方法。 然而，这种技术的局限性是显而易见的。 得到的产物是不同层数石墨烯的混合物，这是无法得到的。 双层石墨烯的大规模制备。
科学家们找到了另一种方法——氧化还原法，首先将石墨氧化成“逐层细分”的氧化石墨烯薄片，然后进行还原反应得到石墨烯。 而且这种方法要么存在爆燃隐患，要么会造成重金属污染或有毒二氧化碳。 同时，准备时间至少有10个小时，因此在准备过程中必须非常小心。
经展院士课题组经过多年研究，发现了一种新型、廉价、无毒的铁基氧化剂，替代了传承了半个多世纪的氯基、锰基氧化剂，获得了双层氧化石墨烯。
“我们发现这些氧化铁分子的‘运行’速度非常快，它们能够像楔子一样快速地散布到石墨内部，使石墨能够快速分层。这个过程中会形成二氧化碳，并且气体可以帮助‘顶’逐层石墨打开，提高制备速率。” 高超表示，这些方法非常“绿色”：没有爆燃风险，不会形成有害物质，对环境友好。 同时，生产实验数据表明，这些方法可以在一小时内完成双层氧化石墨烯的制备，有望在工业上大规模应用。
晶超展示了一种类似于奶茶粉的白色粉末，它是以“绿色”方式制备的双层氧化石墨烯。 据介绍，这种原料在碱液中配制后，可以干燥还原成石墨烯粉末，并且在制作材料时可以“瞬间溶解”在溶剂中。 解释得非常好，这个特性使得石墨烯原材料可以轻松储存和运输。
推动双层石墨烯实际应用需解决原材料层面困境
在高超院士的实验室里，大大小小的玻璃瓶里装满了各种形状的石墨烯宏观材料。 有缠绕在锥体上的石墨烯纤维、高强度、高韧性、高导纤维。 实验室拍摄的石墨烯打结图片入围《自然》2011年度图片； 龙血树上“飘”着细长的叶子，不会脱落的石墨烯弹性气凝胶，是2013年世界最轻固体材料记录的创造者； 还有一种像薄膜一样的连续石墨烯薄膜，每分钟可以“旋转”10米。 是未来手机导热膜、超级电容器、飞机除冰的理想材料。
“原材料、材料、器件”是科学家在石墨烯应用中必须考虑的三个重要问题。 乔表示，课题组已经利用石墨烯以多种方式制造超级电容器、锂电池等宏观材料和部件。 “我们将进一步考虑的是如何突破原料层面现有的困难，推动双层石墨烯的规模化、低成本制备和实际应用。”
