超临界流体为石墨烯工业化生产提供了新的思路和方法,主要体现在利用其特殊性质实现高效、环保且低成本的石墨烯制备,具体如下:
- 独特的剥离机制:超临界流体具有高分散性和强渗透能力,容易进入石墨层间形成插层结构。当快速泄压时,超临界流体发生显著膨胀,释放大量能量克服石墨层间的范德华力,从而将石墨剥离成单层或少层的石墨烯,实现对石墨烯层数的可控制备。
- 绿色环保优势:常用的超临界二氧化碳临界条件温和,且具有无毒、惰性、价廉以及与产物易于分离等优点。制备过程中无需使用强酸强碱等有害物质,避免了传统方法中可能产生的环境污染问题,符合工业化生产的绿色发展要求。
- 提高生产效率2:超临界流体处理时间较短,东北大学的研究团队通过使用超临界乙醇等流体,将超临界流体处理时间缩短至 80 秒左右,相比传统的间歇式反应器,石墨烯生产能力实现了 100 倍以上的飞跃式增长。
- 成本效益潜力1:超临界流体技术可将剥离、分离和纯化为一体,上海交通大学赵亚平教授团队的研究表明,基于超临界二氧化碳协同机械剥离的 SCME 工艺,在大规模生产中具有经济可行性,综合设备、能源消耗和原材料成本等因素,具有成本和产量上的竞争优势。
- 可结合其他技术:超临界流体剥离法可以结合其他技术手段来进一步提升剥离效率和产品质量,如超声波辅助或流体剪切技术等。此外,通过添加分子楔如芘基聚合物,能够增强超临界流体在石墨层间的扩散作用,更有效地将石墨剥离成石墨烯。
