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磁性石墨烯產業化的攔路虎被解決了

2021-05-12 17:07  來源:科技日報  瀏覽:  

新研發的智能化制備平臺,實現了自動化控制與管理,整個生產過程不排放廢液、廢渣,合成的粉體純度高,不需要二次純化步驟,原料利用率接近100%。

石墨烯材料及其復合材料是國家的戰略性產業,已經滲透到國民經濟、國防建設和社會生活的各個領域。作為全球熱門的前沿材料,我國石墨烯材料正處于大規模產業化的起跑線上。

科技日報記者5月7日從內蒙古赤峰市科技局獲悉,一種采用自主新技術制備的磁性石墨烯,在內蒙古科技成果轉化項目的支持下進入了產業化開發階段。項目采用高效可控的制備方法合成新材料,突破了產業化制備高性能磁性石墨烯復合物材料的技術瓶頸,填補了我國磁性石墨烯工業化生產空白。

新技術讓石墨烯有了磁性

隨著科技的發展和市場需求的拓寬,市場上現有的石墨烯材料已經無法滿足一些領域的需求,亟待開發一些新興的石墨烯復合材料。

“石墨烯新材料產業化的關鍵和難點是相關材料的制備與轉移技術。”該磁性石墨烯項目承接單位、內蒙古元瓷新材料科技有限公司(以下簡稱元瓷新材料)副總經理李雙軍介紹,2016年企業研發團隊與哈爾濱工業大學化工與化學學院開始密切合作,共同研發磁性石墨烯的制備工藝。

研發團隊通過對材料、性能和生產工藝的創新,使磁性粒子負載在石墨烯表面,創造了以石墨烯為基體、集磁性與電性能于一體的多功能復合材料。

“磁性粒子負載在石墨烯表面,實現兩種不同功能的組元之間可控組裝并緊密結合在一起,構成一體化功能復合材料。在發揮各自功能的基礎上互補,創造出以石墨烯為基體的磁性材料。”李雙軍告訴記者,磁性石墨烯獲得了內蒙古自治區2020年新材料首批認定,有望在電磁屏蔽和電磁波調制、國防軍工、新能源應用等領域發揮廣闊應用前景。

制備工藝實現材料綠色高產

據李雙軍介紹,傳統獲取磁性石墨烯材料的技術主要有兩種途徑,一種是將鐵、鈷、鎳等磁性材料與碳材料物理混合,這種物理混料方式產生的復合材料,很容易發生分離,不能發揮預想的作用。另一種是采用多種原材料在有機溶劑中裂解和復合的化學方式制備,產品在液相中形成,需要經過多次水洗和復雜的分離步驟才能完成,對環保和資源利用造成巨大的壓力。

為了克服上述工藝的缺點,研發團隊不斷優化工藝技術,創新研發出磁性石墨烯工業化生產制備平臺。通過該制備平臺產出的磁性石墨烯材料,其尺寸、參數指標、生產可靠性、穩定性等方面都達到了國內領先水平。

據了解,該智能化制備平臺在生產過程中實現了自動化控制與管理,整個過程不排放廢液、廢渣,合成的粉體純度高,不需要二次純化步驟,原料利用率接近100%。

2019年,元瓷新材料承擔了自治區科技成果轉化項目“磁性石墨烯材料產業化建設”。在完善磁性石墨烯生產線基礎上,項目團隊進一步優化工藝,下一步有望實現年產10噸的中試目標。李雙軍表示,由于我國磁性石墨烯材料基礎研究發展迅速但產業化未能同步發展,推動磁性石墨烯的工業化生產具有積極意義。

“磁性石墨烯材料產業化建設”項目解決了電磁防護、水與土壤污染治理、新能源電池、儲能器件等多領域應用問題,系統構建了制備平臺功能體系,打造出人、機、物全面互聯的新型基礎設施。該技術的突破使我國磁性石墨烯材料的產業化成為可能,將打破國外磁性石墨烯相關產業化技術壟斷的格局,大大提高我國石墨烯產品的國際市場競爭力。

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