在過去的2023年電影春節(jié)檔中，不少觀眾被《流浪地球2》中的“硬科技”元素所震撼。其中直沖云霄的“太空電梯”更是奪人眼球，石墨烯是建設(shè)太空電梯的理想材料之一。

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石墨烯被稱為“新材料之王”，具備優(yōu)異的導(dǎo)電性、出色的機(jī)械性能、極高的導(dǎo)熱性等，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的納米材料，近年來不斷受到市場追捧。然而事實(shí)上，什么是石墨烯，如何判定石墨烯材料的優(yōu)劣至今沒有準(zhǔn)確的判定標(biāo)準(zhǔn)。

日前，由中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所(以下簡稱中科院山西煤化所)獨(dú)立提出并完成、歷時4年修改完善的燃燒法測量石墨烯基材料灰分含量國際標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)中國、加拿大、德國等多國科學(xué)家審核后正式發(fā)布。

該方法完善了石墨烯基材料測試標(biāo)準(zhǔn)體系，顯著提高了石墨烯基材料灰分測試效率和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，得到國內(nèi)外科學(xué)家和產(chǎn)、學(xué)、研、檢、用單位的高度認(rèn)可。

石墨烯雜質(zhì)過多影響產(chǎn)品品質(zhì)

“石墨烯基材料中的灰分，事實(shí)上就是石墨烯材料中的雜質(zhì)。”日前，中科院山西煤化所709課題組成員黃顯虹在接受記者采訪時表示，灰分是石墨烯材料在制備過程中，不可避免地因?yàn)樵稀⒃噭⒃O(shè)備、環(huán)境等因素引入的雜質(zhì)，雜質(zhì)過多則會影響石墨烯產(chǎn)品品質(zhì)，甚至影響石墨烯復(fù)合材料性能。

在生產(chǎn)應(yīng)用過程中，為了盡可能發(fā)揮石墨烯材料性能，必須保證它的純度在一定范圍內(nèi)。

但石墨烯基材料的灰分測量并無經(jīng)驗(yàn)可以遵循，很多石墨烯生產(chǎn)、使用企業(yè)對于灰分指標(biāo)測試“束手無策”，對全行業(yè)來說是一項(xiàng)空白。

中科院山西煤化所709課題組組長陳成猛介紹，石墨烯材料在燃燒后會形成二氧化碳和水，燃燒過后留下的就是灰分。通過測量燃燒后留下的灰分就可以知道石墨烯的純度。

“經(jīng)過數(shù)年研究，在某些精密行業(yè)應(yīng)用時，我們認(rèn)為雜質(zhì)含量需要控制在0.1%以內(nèi)，雜質(zhì)含量高于這個水準(zhǔn)線的石墨烯產(chǎn)品會嚴(yán)重影響到石墨烯復(fù)合材料的服役性能。”陳成猛解釋。

但無論是企業(yè)還是研究機(jī)構(gòu)，并非不愿測量石墨烯中的灰分，而是缺少文件來指導(dǎo)正確測試。

經(jīng)過多年打磨，課題組逐漸完善了一整套檢測辦法。隨后，709課題組又聯(lián)系了多家企業(yè)做比對實(shí)驗(yàn)，在同中國、加拿大、德國等國家專家組數(shù)次匯報(bào)，采納國際電工委員會納米電工產(chǎn)品與系統(tǒng)技術(shù)委員會內(nèi)成員國意見后，燃燒法測量石墨烯基材料灰分含量國際標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，合格石墨烯有了新的測試標(biāo)準(zhǔn)。

判定標(biāo)準(zhǔn)化任重道遠(yuǎn)

作為在材料學(xué)、微納加工、能源等方面具有重要應(yīng)用前景的新型材料，石墨烯材料近年來被廣泛應(yīng)用。但黃顯虹指出，正是因?yàn)槭┎牧媳旧頍岫忍撸袌錾铣霈F(xiàn)了很多魚龍混雜的現(xiàn)象，早日為石墨烯劃定標(biāo)準(zhǔn)成為行業(yè)共識。

黃顯虹呼吁，國家和行業(yè)應(yīng)該盡快將石墨烯材料的判定標(biāo)準(zhǔn)化。她同時指出，讓石墨烯材料判定有據(jù)可依，是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性和難度的工程。

“石墨烯材料本身是一個非常龐大的家族，制備方法不盡相同，材料特性也千差萬別，所以難以提出一個讓大家都滿意的判定標(biāo)準(zhǔn)。”黃顯虹認(rèn)為，如果想出臺一個判定標(biāo)準(zhǔn)，必須盡可能了解每一種石墨烯材料的特性和制備方法。在企業(yè)和科研人員的商討碰撞中才能產(chǎn)生實(shí)操性較強(qiáng)、相對準(zhǔn)確的判定標(biāo)準(zhǔn)。

“目前，雖然已經(jīng)出臺了一系列的石墨烯標(biāo)準(zhǔn)，但是仍然缺乏很多關(guān)鍵性的控制和測試標(biāo)準(zhǔn)。灰分含量只是判定標(biāo)準(zhǔn)中很小一部分，還需要再制定更多的標(biāo)準(zhǔn)共同判斷真假、評價優(yōu)劣。”黃顯虹說。

關(guān)鍵詞： 灰分含量 國際標(biāo)準(zhǔn) 制備方法 魚龍混雜