主持人：尊敬的各位专家、各位来宾，大家下午好！根据会议安排，今天下午共有“石墨烯材料制作技术、石墨烯新能源应用、石墨烯热管理应用、石墨烯复合材料、常州大学专场”等五个分论坛同步进行。欢迎大家参加石墨烯材料制作技术分论坛，我是分论坛主持江南石墨烯研究院的董国材。今天受邀做报告的共有9位专家，他们是：

黑龙江大学付宏刚校长

中国科学院金属研究所任文才研究员

莱顿大学Gertjan van  Baarle博士

西安交通大学刘红忠教授

德克萨斯州立大学于庆凯博士

南京大学张翼教授

以色列理工学院Yuval  Yaish博士

中南大学黄启忠教授

西班牙马德里纳米技术高等研究院David  perez  de  lare博士

让我们对各位专家的光临表示热烈的欢迎！每位专家报告结束后，接受一位听众的提问。

下面开始第一个报告。有请黑龙江大学的付宏刚校长。付宏刚校长长期从事材料结构理论、晶态半导体材料、介孔材料以及碳材料的合成及性能研究。研发了自下而上以生物质为原料合成石墨烯的技术，与山东圣权公司合作得到转化，并申请了PCT国际专利。付校长的报告题目是：生物质石墨烯材料的产业化及应用情况简介。大家欢迎！

付宏刚：非常感谢常州武进区政府的邀请，有幸来这里交流石墨烯方面的工作和产业化方面的工作，我昨天刚刚在国家自然科学基金委评审一个重大项目，就叫做人工合成的石墨炔。这是国家第一个自主知识产权碳的铜塑异性体材料，说要把这个东西做的更深入、更扎实。昨天刚刚评审，今天就在江苏常州这里讲我们石墨烯的工作，所以大家也知道碳材料最近是特别火。我们科技组在碳方面的研究时间不长，大概才2006开始，当时通过合成纳米结合碳，在这个基础上发展一种方法，调控纳米碳的结构，现在已经被很多专家认同，包括很多院士讲石墨烯合成方法也把我们这个列入石墨烯合成之一，这个基础还做了电化学的工作。

石墨烯不用说了，这个已经有嘉宾做了一个演讲，石墨烯常规的合成方法到底有哪些？我们大家都知道最初获得诺奖就是胶带玻璃，一片一片剥下来，在这一个基础上有机械剥离有超声剥离，如果不经过40、50级串联剥离，很难剥出更多的石墨烯。量产自称为通过机械剥离就能得到石墨烯的，这个我们一般都不是很相信的。另外一种方法可以做出来很好的石墨烯，比如说就是气象沉积，是以北大刘忠范院士工作做的很漂亮，得到单层、双层进行调控，还有对形状去进行调控，这样一些工作。还有大量用这种氧化还原方法，技术改良通过强力的氧化过程，把石墨氧化成氧化石墨，然后再经过还原，还原方法多种多样，我们其实从课题组也做了一些由石墨出发去做石墨烯，包括氧化还原方法，包括做石墨烯的复合体的方法，我们总是想走跟别人不一样的路。能不能用其他的方法去做出来石墨烯，然后我们因为我的师弟讲一个故事如何学习自然。煤和矿的离比较近，有的时候是煤矿，有的是石墨，通过地质条件或者深度不一样之外，还有一些重要的因素就是说形成石墨矿都有伴生矿，铁系的矿伴生的。在石墨过程中有催化剂导致有序的晶态的结构。

除了类似自上而下的方式，能不能通过自下而上组成出石墨烯结构、碳结构。我们最初用离子交换做石墨烯，然后发现确实可以通过组装的方法，去形成这样的一种有序的高度精化的片层碳，通过组装碳元有极性的集团，而且这个碳骨架最好是链状的碳骨架，通过和金属离子配备形成组合体、组装体，再经过碳化过程形成金属碳化物，然后把金属除掉，通过这样得到片层的碳材料。我们在这方面也是做了大量的前期一些工作，通过不同的碳元看一看都能形成什么样的材料，这其中我们发现确实是可以形成这样的片层碳材料，在这个基础上发表了第一篇石墨烯工作的文章，离子交换数子，基础体是大量的，形成一个密闭的，然后碳化物层把铁剥开，当时第一个石墨烯工作，因为诺奖没有颁布，所以这个稿也投的比较辛苦，最后投到了物理化学杂志上。

我们考虑用其他的碳元能做出这个碳层，当时还没有想到石墨烯。用这些技术可以做出多孔片层的碳，我们用做一些电化学性能，也就是超电。另外用椰壳做，这个比玉米秸秆要好，椰壳可以做的比较薄，但是结晶不好，这里面到底是什么因素，包括我们用椰壳还可以做碳的复合材料，什么原因导致不好？生物质里面主要是纤维素、半纤维素等，其中只有纤维素，对于形成有序的组装结构，是比较有利的，如果是木质素在里面，枝杈形成的有序的晶化态是不利的，认识到这一点之后，用纤维素或者是链状的这种高分子和金属作用之后形成的过程，通过同步辐射SRD进行对比研究，发现确实如我们所料，在一定温度下金属是一种氧化物结构，经过一定的更高的温升形成了碳化物，铁碳件，然后继续在更高温度下铁氧件完全消失，变成了铁碳件，在800度以上铁和碳形成完全的分离，就是说形成了碳层和铁层，最终只要用酸把铁除掉最终可以得到石墨烯。

总结出来我们通过我们这种自身方法去做石墨烯几个必要的条件，一个条件就是说有合适的碳元，这个碳元要求具有链状结构，有大量的极性基团。我们遇到一个济南圣泉集团，他从东北了大量的玉米芯，企业产业链把玉米芯里面的胶质、糖份拿出来转化，材料非常的完整，剩下的渣子主要是木质素和纤维素，木质素还能卖，大量纤维素堆成山没处销售。玉米芯纤维素转化成石墨烯是可行的，我们用玉米芯做出来的石墨烯，这个层数还不是很可控，但大量都是十层以下薄层的碳，结晶还是比较好的，当然有很多相对卷区的结构，也有很多，但是这种比较规整的碳量是很多的。这是大量的TEM照片，我们这个可以做出来石墨烯材料。大家可以看一下它的结构。从XRD分析证明结晶比较好，G代和D代比，说明单层还是非常少，主要还是多层的，大量的我们分析应该是十层以下，所以我们也不把它叫石墨烯，更准确的定义我们叫做石墨烯材料。

我们用这个材料也做了一些应用，比如说做超级电能级，还有做做锂电正极，包括做电催化的载体，发现效果也不错。我们做研究是一方面，但是企业他还是希望能赚钱。这是我们用载体可以做一些光催化，就是做这种漂浮式的光催化剂，企业还是要赚钱，企业经过不长时间做了中试，当时设备还是比较粗，现在已经可以全自动化，而且扩产了，还上市了。上市了也邀请我去帮着敲钟，而且对项目进行解说。他们已经扩产到年产100吨，主要在哪里用呢？他们这个生物质石墨烯受到国家重视，发改委也投了几个亿，用于它的扩产。他们主要做浆料，一个是石墨烯基的导电板，普通的碳晶有问题，加上之后有一定效果；另外一个远红外发射的特性去做纤维，复合纤维然后做保暖内衣等等。这个生物质有一个特性，生物质里面有杂质，反而变成优点，由于有了生物质里面这些杂质以后，又带来客观好的一方面，比如说一些金属的杂质这个等离子共振位置大概都是在红外区。利用这种特点形成了一个比较好的远红外的发射性质。用我们这个生物质石墨烯和其他的石墨烯对比，发射力的效果还是要高很多，这样的话用他们的产品做的纤维，做的一系列的监测报告，大家可以看，包括红外线和防紫外，包括益菌具有很好的性质，就把这个东西做了大量的纤维制品。应该说它现在自己的年产100吨石墨烯，都不能够满足他做这件事情的需求，企业为此也获得了很大经济效益，包括做枕头等等。

这是他们做的石墨烯散热板，整个导热率包括热效率都有了明显的提高。这一系列产品在意大利参加了一个大展，这是他们自己翻译的，实际上这个是原证书，获得了意大利政府一个大奖，叫做创新大奖，是意大利科技部颁给他们的。我整个工作就汇报到这里。因为我们课题组最近后续工作就是能用更多的生物质做原料，因为这个工作应该是很有意义，一方面就是说我们可以选择更多的这种可再生的东西去做一些有用的材料，不是仅仅依靠矿物资源。我们现在目前也做了很多其他的工作，比如说煤，利用煤做石墨烯，咱们国家邱教授做的非常好，但是我们方法和他们不一样，他们主要用煤焦油合成石墨烯，我们直接把煤经过除杂之后做石墨烯，方法还是不一样，我们还用玉米秸秆做石墨烯，因为这个量非常大，目前遇到一些困难，主要困难还是如何把木质素和纤维素进行有效的分离，这个纯的纤维素就跟造纸差不多，造纸也需要去除木质素，我们正在搞生物、搞微生物合作，看看能不能通过微生物发酵去把木质素除掉，去获得微生物，我们可以通过减组得到秸秆里面的纤维素，也能够做出来石墨烯，关键就是我们污染控制问题，我的报告就到这里，谢谢各位！

主持人：非常感谢付校长，大家有什么问题没有？

提问：你那石墨的典型的特征风，石墨成份应该占很多。

付宏刚：只要结晶的好，除了单层的石墨烯风比较弱之外，如果是两层、三层、四层，我们也应该可以把它叫石墨烯材料，但是它都有那个风。

提问：两层、三层、四层应该比较弱。

付宏刚：不会，我们做了很多研究，我们做多的方法做出来都是一样的，不会特别弱。

提问：假如只有几个层可能没有这么高的强度。

付宏刚：我们剥得很薄也会有这个风，不光是002，这个面内的衍射也在那个地方。

提问：有缺陷的石墨这个怎么解释？

付宏刚：石墨烯的拉曼也是这样，我们做的电镜都是这样的。有人曾经用拉曼2D风判断层数，但不是很准确。

提问：单层管层比例，50%、60%、70%有没有确定？

付宏刚：对于应用来讲不需要确定，就是从少层就可以，我没说我们是单层，我一再讲我们这个很难做出单层，确实很难做出单层，但是对于企业来说，它觉得他做到这样的层数它能接受。

提问：谢谢。

主持人：时间关系只安排一位提问。下面一位报告有请中科院技术研究院的任文才，带来的题目是：石墨烯材料：CVD制备及应用。

主持人：时间控制得非常好，我们可以回答一个问题，有没有谁有问题？我来问一个问题，你刚才讲过这样的超级电容，它的周期是比其他类型的氧化硫材料更加稳定，为什么会这样子？它是更加的灵活？

Arunava Gupta：因为它稳定性更好，但是我们还要做更多的测试，来证实它为什么有这样好的效果。

主持人：谢谢，让我们感谢Arunava Gupta教授。

我们下面开始第二个报告，有请北京化工大学的于中振教授，于中振教授长期从事石墨烯纳米材料、聚合物加工、高分子材料加工结构性能关系以及高分子阻燃材料的研究。于中振教授的报告题目是《石墨烯的制备及其导电导热复合材料》，大家欢迎！

于中振：我今天给大家汇报的题目是《导电导热石墨烯纳米复合材料》，石墨在我们国家储量非常丰富，并且我们是化学背景出身，所以我们通过先氧化，再还原，再进行高位石墨化，再进行高分子分析，然后来制备一些材料。

石墨烯有非常突出的优点，我想大家都非常清楚，也可以做些涂层材料，也可以在面内做热扩散材料，如果在界面上做热界面材料，还可以用一些电磁屏蔽。过去几年，我们就是怎么在使用更少量的石墨烯，来在一个聚合物物体里面来做三维导电工作。最常见的就是在石墨烯构成体系里面加入红色的橡胶球，这个橡胶球通过我们的研究，能起到双重的作用。一个作用就是占用了绿颜色的空间，这样就节省了石墨烯的用量，石墨烯只需要在缩小的绿色的空间里面就能形成一个三维的导电网络。同时这些石墨烯的片层没有进入到红色的橡胶球里面，这样红的橡胶球仍然可以起到增润剂的作用，它能起到非常好的增润剂的效果。

我们往另外一个方向发展，就是换用这种黑色的颗粒，同时也能又增润又能起到导电网络的作用。无极颗粒和橡胶球不一样，橡胶球是内部发生增润化，来消耗或者吸收大量的冲击能量。但是无极球是刚性的，它可以通过界面拓展，同样可以诱导机体，来达到增润的目的，所以这些黑色的无极颗粒照样可以起到双重的作用，一个是增润，再一个通过占有机体空间，来促进石墨烯在缩小的机体空间里面形成一个更好的导电网络。另外一个极端情况，就是用这种白色的可以引入大量的微泡口，就相当于橡胶内部空洞化或者黑色橡胶球与机体界面拓展以后的情况，它本身也起到双重的作用，一个是增润导电高分子复合材料，再一个减少石墨烯的用量，来形成一个高质量的导电网络。

由于时间关系，我快速给大家举几个例子，一个是当我们把石墨烯和尼龙12来组成一个导电体系的时候，我们会发现这个石墨烯只加入很少量，就能使本身柔韧性很好的尼龙12变得很脆，所以我们就使用了PVE这种很传统的橡胶，可以加20—30%。这是蓝色的柱子，是三组分的，尽管PVE不导电，由于有20%甚至30%的橡胶在里面，所以得到的导电纳米复合材料又具有超高的韧性，最后得到的是一个超高性能的纳米复合材料。

这是一个发泡的情况，一块制作了又导电又具有延展性的石墨烯导电的泡沫材料。你能看到大量的微泡孔占用了机体空间，石墨烯只能被排挤到泡壁上，所以浅颜色的泡壁就构成了一个三维网络。同时通过控制微泡孔的大小，如果把红色泡孔的体积考虑进去，重新来计算石墨烯的填充量，这样就可以大幅度减少石墨烯的体积含量。这样就使得蓝色曲线有绝缘的发泡前的含量，红色的是发泡后的含量。我们更关心的是这个材料的延展性，你能看到在发泡前是简单的应变曲线，红色的线是加很少量的石墨烯，就使得PMA变得非常脆，连起伏点没有达到就断掉了。尽管它的强度和模量都降低，但是材料的延展性得到很明显的提高。

另外一个例子，就是我们把氧化石墨烯简单地涂附在另外一种导热填料，叫四角氧化锌上面，我们通过1000度高温热处理，就把薄薄的一层热还原的石墨烯，涂附在氧化锌颗粒上面。这样热处理能够非常有效地还原氧化石墨烯，能使氧化石墨烯上面的含氧聚团得到非常有效的去除，我们使用的温度只有1000度，当温度达到1500度以上，含氧聚团就可以完全去除。这是导电和导热的效率，白颜色的是电导率，红颜色的是热导率，可以看到经过1000度处理显著地提高热导率，这时候氧化石墨烯的含量是非常小的。

第二个方面，我们也可以在和高分子复合之前，提前形成一个三维的导电网络，这种导电网络非常多。我们和北京大学的教授合作，制备了碳纳米管的导元，只需要把一些高分子单体或者还氧树脂通过真空条件下灌进去，就可以得到一个导电甚至导热的高分子材料。另外可以制备一些三维网络结构的石墨烯气味胶或者泡沫。这是一个简单的以氧化石墨烯为原料的石墨烯泡沫，你能看到它是一个多孔的泡沫复合物，我们可以把单体填充到所有的缝隙，固化，得到导电甚至导热的石墨烯复合材料。这边的柱状图是它的电导率，体积含量都是零点几，如果我们把这个泡沫进行研磨粉碎以后，再填充换氧树脂，就是上面的一个图，它的导电效率就大大地降低，尽管这个时候填充量仍然很低。

也可以通过定向冷冻的方式来制备一些三维导电网络，先制备水凝胶，通过定向冷冻，蓝色的就是长出的冰柱，石墨烯就被排挤到冰柱之间，经过冷冻干燥，就得到三维网络。这个是多孔的结构，从上面看就是管状的，所以是一个典型的各项异型的网络结构。

D这个图就能看出热处理的效果，下面两个是热处理前的，因为它的导电效果差，所以它的热屏蔽率差。下面两个只需要填充0.8%重量含量的石墨烯结构，就能达到20—30%多的电磁屏蔽效果。这边三张图反映带来的电磁屏蔽效果是不一样的，黑色的是沿平行于石墨烯取向方向的电磁屏蔽效果，中间是传统的石墨烯泡沫得到的电磁屏蔽效果，所以说非常合理。

为了进一步地提高石墨烯品质，我们也查阅好多文献，在1500度左右能完全去除含氧聚团，但是在1200度以上石墨烯的缺陷才可能得到很大程度的修复。因为导热材料和导电材料不一样，导电可以在非常低的密度下就能形成导电网络，但是作为导热，它需要非常高的填充量，所以我们这里做的是接近高密度的石墨烯的气凝胶。这个是经过2800度处理以后，它处理前和处理后都差不多，都能得到很好的保持。

我们能看到不同品质的石墨烯，它的热导率是不一样的。红色的线是加我们高品质的石墨烯做成的网络，可以看到上面能达到4点几，B图是和文献做比较，我们的结果是石墨烯的含量相对比较低，但是热导率相对比较高。

同时这是一个材料经过高温石墨化处理以后，它的密度和孔隙率，孔隙率非常大，都达到90%多。这样它对温度的响应就非常快，红色的箭头是在加热过程中它升温升得快，那边蓝色的是在降温过程中降温降得快。最近我们为了提高这个材料的导热性能，我们把氮化铜和石墨烯氧化先后结果各项异性的导热材料，也是一种气凝胶，形成非常好的网络结构，各项异性非常明显，这是它们形态结构的扫描电片，可以看到各项异性非常明显。这也是通过检测它的硼元素、氮元素、碳元素，我们通过改变氧化石墨烯和氮化铜的含量，来做到不同的性质。

你能看到当氧化石墨烯和氮化铜1：5的时候，垂直于这个材料平面方向的热导率，红色的柱子热导率能达到3瓦每K，如果不经过高温处理，下面的如果经过2000度石墨化处理，能达到几乎11瓦每K，这是非常高的数字。这是一种还氧树脂复合材料，这是11.1瓦每秒每K，这是目前非常高的一个数值。

最后我们作为导热，一个是在面内的热扩散，一个是垂直方向的热传率，我想各位老师都非常清楚。一个是我们开发了这种导热绝缘，也阻燃的聚丙烯热属性复合材料，因为我们原来是搞塑料加工，搞断面力学，所以我们特别看中力学性。石墨烯没有达到大家的预期效果，一个重要的原因就是这个材料非常脆，但是你能看到文章上万篇，但是很少有文章来关注这个材料的力学性，大多都是拣它好的说，但是很少讲这个材料的脆性，很多人都没解决这个问题，所以没什么用。我们非常关注它的热导率，甚至阻燃性，作为高分子材料，工业界都非常喜欢要达到V6级的阻燃，这个缺口冲击强度，也要有一定的韧性，要不然就没什么用。你看只加很少量，这个材料就太脆了。

我们也制备了一些热固性的酚醛树脂复合材料，这是氮化硼，这是导热绝缘的酚醛树脂复合材料，因为它在片层方向热导率很高，但是垂直方向的热导率很低。它两个方向的热导率可以差别很大，可以差别到8、9甚至10。这是做石墨烯导热导电的规则，这是我们过去几年做的热固性的酚醛，热固性的还氧，绝缘导热尼龙等等，有时候做一个产品还要关注它本身的密度。

我想因为时间关系，就给大家介绍这么多，谢谢大家！

主持人：感谢于老师的精彩报告，大家看看有没有什么问题。

提问：于老师的报告非常精彩，这个工作我们也非常感兴趣，但是其中也有一些困惑。就比如说我们想要提高它的导热性能，是不是石墨烯片层质量大好？因为之前看到一个报道，说采用大片层的话，可能导热的效率好。另外一个问题，如果我们想要提高这个热导率的话，我们如果说想要达到35瓦每K的复合材料的热导率，有可能吗？我看到你曾经有11瓦每K的数据，很好。

于中振：谢谢陆老师，很好的问题。我们本来以为是一回事，最后发现是两回事，两个无极颗粒之间可以不接触，它的导电网络照样可以形成。但是导热，界面热阻是我们面临非常非常大的问题，所以我们有时候也听过好多专家做报告，都只是讲的一个完美的，通过CVD法或者机械剥离法得到的一个面内的热导率。但是作为一个复合材料，你用了几片，马上就带来界面热导问题，可能连1000都没有，所以这是非常严重的问题。我觉得是片大了要好，因为大的时候界面就少，这时候传动就比较有力。热导率很难做上去，我们刚才有一个图在还氧树脂里面，通过填充80%的鳞片石墨片，我们能够达到35瓦每K，但是重量都到85%了，都得通过高压热固化才能得到。我们11瓦是填充量很低的，垂直一个方向的热导率，它在另外一个方向的热导率就更多，因为是各项异性。

主持人：下面开始第三个报告，有请南京工业大学金万勤教授课题组的刘公平老师，刘公平老师的报告题目是《石墨烯基膜用于分子分离》，大家欢迎，谢谢！

刘公平：各位来宾、各位老师，大家下午好！我是来自金万勤老师课题组的刘公平，因为金老师由于身体原因，临时不能来参加这个会议，所以由我代他汇报我们课题组在石墨烯基膜这一块的研究进展。我今天的报告题目是《石墨烯基膜在分子分离方面的应用》，首先简单介绍一下，我这边讲的是一个膜分离的领域，可能跟这个主题所说的热传导有一定的差别，但是可能也有一些相互类似或者说可以借鉴的地方。因为热传导讲的是热量的一个传递，但是我们这个膜讲的是一个物质的传递。这边说的一个膜分离技术，就是用绿色显示的膜材料，将左边的混合物，通过选择性的，透过其中的某一个组分，另外一个组分截留，从而选择性分离。这边蓝色的是渗透侧，大的红色球就被截留。

这样一个膜技术，目前有以下三个方面的优势，一个方面是相对传统的分离技术来说，它的效率会比较高，还有就是它比较节能。另外它对于环保也是有很大的优势。目前膜分离技术，它的一个应用领域，可以说是非常的广。从我们通常熟悉的污水处理，还有水质净化，包括我们热能的海水脱盐的技术，都可以使用这个膜分离的技术。还有工业上面临的重要的挑战，比如说溶剂与溶剂的分离，溶剂与水的分离，还有水中溶剂的去除，还有PM2.5的浑浊，以及大气治理。另外，包括我们熟悉的空气中氮气和氧气的分离，也可以通过膜分离来实现。

对于这个膜技术最重要的就是这张膜，这张膜的材料有一个非常关键的参数，就是所说的膜孔，这个尺寸可以从10个微米到0.3个纳米，这样一个很宽的跨度。当然这里面就涉及到如何采用一些材料来加工，把这个膜孔做到这样宽的一个范围，或者说很精确的一个尺寸，来实现不同组分的一个筛分。例如我们用到的空气气体分离的这个膜，它对这个膜孔的尺寸要求就是在1个纳米以下，因为我们知道氧气和氮气它的组分都是在0.3纳米左右，所以我们必须要将膜孔控制在0.5个纳米以下，才能实现这两个物质的分离。

近年来二维材料，例如说石墨烯在膜分离领域也受到广泛的关注，主要是因为石墨烯，二维材料我们知道它非常薄，但是它的平面尺寸又非常大。这样我们就可以用这样的一个材料来做成膜，从而最大限度地降低膜的厚度，进而提高膜渗透的速率。但是通常一个完美的二维材料，我们认为它是没有孔的，也就是说这个孔算上碳原子本身的尺寸，其实这个孔是不能用来分离的。所以最开始人们用石墨烯，通常是用于尖端的打孔技术，在单层的石墨烯片子上来制备一些孔进行纳米分离。但是对于分子尺度的膜分离，通常要求在1个纳米以下，目前的打孔技术是很难实现大规模制备。所以对于工程应用来讲，可能我们更关心的是第二种二维材料在膜方面的应用，就是把二维材料想办法叠起来，利用叠层的层间距离来实现物质分离。对于这样一个叠层的二维材料膜来说，显然叠层之间的尺寸控制是非常关键的。通常对于石墨烯膜来讲，我们其实把它做膜的话，做分离膜来说，用氧化石墨烯更多，因为氧化石墨烯更容易分散在水当中，很容易实现叠层的制备。但是如果我们用简单的方法，可能制备出来的膜，右边是膜表面的一个示意图和断面的示意图，可能还存在比较大的缺陷，所以很难制备一个选择性非常高的膜，因为它这边我们知道的氧化石墨烯，它因为一些羧基的存在，带一个负电，所以石墨烯片层与片层之间很难堆积十分紧密，从而形成大的缺陷孔。我们是不希望这个缺陷孔产生的，所以怎么样来避免这样一个石墨烯片层与片层之间的排斥率，或者说我们怎么克服这个排斥率，我们通常用一些外加机械力的方法，比如说真空的抽吸等来制备这样一个叠层的结构。

如果说要把层与层之间的空隙控制在1个纳米以下的话，可能我们还要通过更强的控制率来实现。我今天汇报我们课题组开发的几个组装的策略，第一个策略就是我们利用聚合物来辅助氧化石墨烯叠层的组装，这样氧化石墨烯可以很好地分散在聚合物的机制中，从而制备出规则的一个叠层的结构。这个B图显示的是我们最终制备的一个复合材料的薄膜，可以看到这个薄膜是一个透明的，所以可以推测出氧化石墨烯在里面的分散是非常好的。这样一个层间距，如果我们再扣掉石墨烯本身的厚度，这个空隙应该是0.36纳米左右，这样一个组分对于有效地筛分气体有很好的应用。所以我们把制备的这样一个复合材料来做二氧化碳和氮气的分离，这个尺寸正好介于两个气体之间，可以进行很好的区分。这个X轴是透气率，Y轴是二氧化碳的显性，这个1表明的是只有0.1%的一个质量分数，就可以实现这样一个显著的效果。

我们也研究了一些其他气体透过的情况，总的来说，这样一个石墨烯膜它是透过二氧化碳，对二氧化碳有优先透过。它的具体机理，可以分为两个方面，一个方面是有一个筛分的机理，大的气体分子不能通过小的通道，小的气体分子可以快速通过，甲烷就是这样一个情况。为什么要做这两个气体，这边简单说一下，我们通常所说的二氧化碳的普及，二氧化碳的普及就有两个方面，一个就是从烟道气里面，另外一个就是天然气，天然气开采过程当中主要是甲烷，但是还有10%左右的二氧化碳，这个二氧化碳是必须要脱出的，因为它在管道的运输当中，二氧化碳是一个酸性的气体，会腐蚀管道。

这边看到一个氢气气体，它比二氧化碳要小，通过率也比较慢。我们深入地研究这个传输机理，通常我们气体分离膜通常由两个部分决定，一个是气体在膜表面的吸附，第二个就是气体在膜里面的扩散。所以吸附和扩散两个步骤，共同决定了这个分离的效果。我之前说的层与层之间的通道，相当于是控制它扩散的过程，通常这个时间越长，这个孔就是越大，这个Y轴的密度表明的是孔的一个数量。我们通过加了石墨烯之后，我们就发现这个膜它的孔是变小了，但是孔的数量又是增多的。这样一来，一方面提高了扩散的选择性，另外一方面孔的数量的增多，也是提高了扩散的速度。但是另外一方面，氧化石墨烯上面有很多含氧基团，这个跟二氧化碳有很强的一个相互作用，而跟氮气、甲烷，或者说氢气，它的相互作用是很弱的。所以这样一个优先吸附的机理，同样可以提高二氧化碳的分离选择性，所以说吸附和扩散两个机理共同来决定这个膜的分离性能。

这样一个工作，也是作为封面文章发表在德国《应用化学》的期刊上，也是被很多文章引用，包括最近一个课题组的教授也指出来，我们这样一个策略对于打破这个膜渗透性和选择性的一个制约关系是非常有效的，这个图中的红线是表明通常分离膜存在的一个矛盾关系，假如说你想提高这个膜的渗透性，往往选择性就会降低，提高选择性，渗透性又会降低。我们通过这个能够很好地突破这个性能，把它提高在1或者2的位置。

第二个工作，我们提出来用外力驱动的方法来组装这个氧化石墨烯叠层，因为我们看到前面讲到的由于带负电羧基的存在，它的组装会杂乱，从而造成这个膜的缺陷，降低膜的分离性。我们提出来，通过在石墨烯叠层外面引入机械力，首先是在平面内的一个旋转力，也就是离心力，来让这个片层与片层边缘之间形成一个紧密的堆叠，另外在垂直片层来进行堆叠。用聚合物跟叠层之间形成一个分子作用力，使得层间距更加的紧密，从而利用这两种力的协同作用来实现叠层有序的堆叠，从而使得膜孔更加规整。这是我们制备膜的一个样品照片，左边是我们用的一个空白的支撑体，通过我们这个制备方法制备的石墨烯膜，上面加了一个垫圈用于分析。可以看到它基本上是致密无缺陷的，这个是膜的断面照片，我们可以看到类似于叠层的这样一个结构，并且叠层堆积得是非常的紧密。我们如果是用自组装方法制备的一个膜，可以看到非常紊乱，没有一个规整的结构。如果我们看到这个叠层，是有一个层间距的，并且这个层间距是在1个纳米以下。我们可以测这个层间距，同样可以计算出来这个层间距的空隙是小于0.5纳米，并且我们通过控制聚合物的添加量，这样一个尺寸也是可以用来做气体筛分的。我们同样做了一下不同尺寸的气体渗透性，我们可以看到在0.42纳米的层间距的情况下，这个丙烷分子尺寸是大于0.42纳米，所以它的渗透性非常低。而氢气是最小的分子，它的渗透性是最高的。

这样我们如果对比文献上已报道的膜的分离性，氢气和二氧化碳的分离性，我们可以看到我们这个工作是位于分离性上线的右上方，就是说明我们这个膜性是比较优异的。同样这样一个工作也是被大篇幅引用，也是一个高引用的论文。

由于时间关系，再简单介绍一下其他几种方法，这个是一个真空抽吸的方法，这个方法也是能够很简便地在各种不同的基材上制备氧化石墨烯膜。例如这边显示的是一个中空纤维载体，我们通过真空抽吸，这边显示的是外表面，黑色的真空纤维，或者说是内表面制备氧化石墨烯膜。这个是一个照片，可以看到外径和内径是非常小的，可以提高这个膜在应用当中的装填面积和装填密度。

另外一种方法，前面提到的层间距，就是氧化石墨烯的层间距，我们怎么样能够控制这个层间距？这边是讲的一种纳米离子插层的办法，这样可以有效地增大层间距，同时又能保证这个氧化石墨烯叠层组装仍然是很紧密，因为我们这边用到纳米插层的办法是原位的。

总的来说，我们这个工作在水处理、溶剂分离以及气体分离等各个领域，证明石墨烯膜都有广泛的应用，我们也是发表了一些综述文章，来讨论氧化石墨烯膜以及其他二维材料膜的一个广泛应用。

简单的小结，我们做的这个氧化石墨烯膜，通过控制层间距，特别是把这个层间距控制在1纳米以下，是能够实现一些分子的有效分离。例如说气体中二氧化碳的捕集等等，当然下一步工作，我们也是希望能够把一些组装的策略，组装的方法，应用在其他类型的二维材料中，制备其他类型的二维材料膜。这个工作也是获得自然科学基金以及教育部创新团队的资助。

谢谢大家！

主持人：感谢刘老师的精彩报告，现在对刘老师的报告有没有问题？

提问：膜的透压性是否有问题？

刘公平：这个问题非常好，我们目前例如做气体，我们在上游侧可以加至少10个大气压，下游侧是一个常压，这个膜是没有问题的。对于水来说，同样的，我们上游可以加20公斤的一个水压，下游是常压，这个膜的机械性能也是没有问题的。因为对于我们膜应用来讲，机械性能肯定是一个很重要的方面。

主持人：有请复旦大学的卢红斌教授，卢红斌教授报告的题目是《石墨烯工业制备及复合材料应用》，大家欢迎！

卢红斌：首先很高兴有机会来到这里和大家一起来分享一下我们在石墨烯科研和产业化当中的一些体会。我到常州已经不是第一次了，前段时间还应邀到了常州这边，也到了常州石墨烯研究院来，看到常州石墨烯发展的态势，确确实实让我感觉到机会无限、风光无限。

我下面先简单地介绍一下，虽然是在热管理的这样一个分会场，但是实际上石墨烯应用还是离不开制备，所以我这里面还是有关石墨烯以及相关复合材料的制备应用。

这张照片在今天上午已经放过了，大家都看到了，我们国家对石墨烯非常重视，但是我们在做石墨烯产业化的时候经常能听到不同的声音，说石墨烯是不是只能够是忽悠忽悠，不能够解决我们现在的一些实际问题。是不是这样？我们还能不能有可能拉动万亿应用市场？其实我们结合自己科研的体会，包括我前面看到像于老师，刚才金老师课题组的刘老师，介绍了一些科研工作的进展，其实我们越来越有信心，中国在这个方面所取得的这样一些进展，快速发展的一个态势，我们可能会抓住这样一个机遇，关键是看我们怎么样去做它，这里面要解决一些关键的问题。

国家在这个方面的重视是毫无疑问的，各个方面的一些政策都已经出台，今天上午刘兆平老师也说他们拿到下一步工信部的一个计划，可见石墨烯的发展还是大有可为。石墨烯可以应用在很多的领域，这个我不去赘述。但是石墨烯怎么样来解决它在这些领域里面的应用呢？其实我们还是要把源头的工作做好，这也是我们很多企业，还有我们很多的科研人员所非常关注的一些事情。它的广泛应用，实际上大家如果是高分子专业的人，对这些方面的问题的理解一点不存在问题。但是对于其他的非金属专业也好，或者其他的不是高分子领域的人，可能就要注意一个关键性的问题，就是说石墨烯实际上是一个二维的大分子，这样一个二维的大分子上很小的结构缺陷，都有可能导致我们石墨烯的性质，或者说它和下游应用之间显著的差异。所以如何调控石墨烯的结构，如何来构建和下游应用之间比较好的渠道，这是非常关键的问题。

我们其实做了一些石墨烯方面的事情，这些事情使我们在一些地方有了一个比较好的积累，这些积累到目前为止我们感觉到它还是有一些优势的。比如说我们的水相剥离的技术，可能能够实现90%以上的单层，同时这些可能是少缺陷的，而且它可以在水里面分散的浓度高达25%，这是一个很令人吃惊的数字。此外我们也做一些挑战极限的事情，就是我们要控制石墨烯的层数，能够让它2层、3层，这样以大多数分离效应的发生能够被制备出来。同时石墨烯的各项异性比非常大，这样一个超大片的氧化石墨烯，你要把它一个一个剥离出来是很困难的。前面的刘老师讲他可以把氧化石墨烯能够通过各种各样很好的技术和策略，来把它组装成为膜，应用于各种各样的领域。

我们的石墨烯，氧化石墨烯的尺度会不会带来影响？实际上超大化的制备是一个挑战，我们实现了很好的工业化的制备，可以提供量产，你需要多少我给你提供多少，我不能说我给你提供几千吨几万吨，但是你只要能够用得了，我可以给你提供。

还有一点不同的地方，我们做三维石墨烯结构的时候，很多专家可能觉得三维结构体可能应用起来比较得心应手。三维结构体怎么做呢？我们通常用组装的方法等等，这样一些方法来做三维结构体，再把它还原，这个实在是太麻烦了。而且可能在工业化的时候，就会遇到一些困难，这些困难如何解决呢？我们从源头解决，我们直接从石墨到石墨烯的三维结构体，这样让我们可以以比较少的步骤，而且在一个快速环保，没有污染的情况下，得到高质量的石墨烯，或者是高质量的带有缺陷结构可控的石墨烯。

稍微再具体一点看，给大家看一些证据，比如说这个里面是我们1公斤的石墨烯放在3公斤的水里面，大家可以看得到，因为石墨烯本身是很轻的，很蓬松的，这个是我们做三维石墨烯三维结构体的照片，它的密度很小，大概只有6.4到14.4毫升的一个水平，我们要运输1吨石墨烯的话，如果都是以这样一种结构存在的话，你该要多大的运载工具来运输，那不是很困难吗？所以说解决运输的问题是一个问题。除了我们在水里面剥离它，在水里面能够大含量大容量地来储存它，这个更重要。这个给我们提供了一个很好的优势，这样一个技术我们目前虽然有专利的申请公开，但是文章还没有真正地向外面公开，这里面可能还有更加细节的问题我们需要把它再完善一下。

这是层数控制的技术，其实这里面演示的就是一种概念，就是怎么样来获得层数可控的石墨烯片数，这个里面我们也是演示一些证据。当然不能说我们只挑出来2层、3层、5层，那个不算数，这样的话，我们没有办法实现后面的应用。我们要大量的，至少60%上的石墨烯片数都是在2层、3层、5层，但是现在挑战极限的一个技术，实际上还处在实验室规模，还没有去放大它。但是我们如果要放大它也仍然是有可能的，只不过是还有些事情要做而已。

另外，超大片层氧化石墨烯，这个最大的可以在11万平方微米的水平，大量生产的情况下，平均尺寸80微米以上的，大量地规模化地供应给大家，这个是没有问题的，我们公司里面的产品已经有了。

三维结构体的构建讲究的是快速，或者说讲究的是一个环保、高效、结构可控等等，这里面显示的这些，我们对照了一些结果，大家可以看得出来，我们现在提供的这样一个三维结构体，它的石墨烯结构也是可控。相比于之前的膨胀石墨烯，还有其他的化学膨胀的石墨来讲，可能都会有自己的一些优势。

简单介绍一下我们这个团队，目前我们有了将近十年的石墨烯研究的经验，现在博士后有七位，博士有六位，硕士五位，还有五位科研助理。这里面我也想做一下广告，我还准备招10到15个博士后，还有科研助理，如果有哪些同学或者说同行、同事，你们对在上海，在复旦，或者到我们公司里面来从事石墨烯的科研开发或者产业化的工作，我们都非常的欢迎。我们和一家浙江的企业合作，成立了一个公司，叫做烯引新材料，大家可以去看一下了解一下这个公司，我们这里有来自于复旦大学、剑桥大学、帝国理工大学、上海交大的一些博士、博士后，他们共同来参与我们。公司目前的研发是在学校旁边大概3公里左右的一个杨浦都市工业园，条件很好。它的产业化基地是在江西、浙江和江苏，之所以在这三个地方，是因为跟我们合作的企业在这三个地方有自己的工厂，它是一个做药物合成的企业，所以它做石墨烯的这种制备是非常驾轻就熟的，所以我们技术一旦成型，在实验室里通过实验室规模的实验以后，很快就在企业来把它放大。这是他们做药物合成的一些设备，这么复杂的设备，其实我们是用不着的，做石墨烯用不到这么复杂的设备。

我们其实也很注意跟其他地方下游企业的一些交流和合作，比如说四川的攀枝花市，他对我们的石墨烯工作很感兴趣，我们在一起交流多次。我还专门到攀枝花市和他们一起交流探讨看是不是有机会合作，攀枝花市实际上是我们国家最重要的一个以矿业见长的城市，因为有了这样一个特殊的矿产资源在这个地方，所以成立了这样一个城市，它是一个全部移民的城市，它的钛的储量全球第一，当然它还有高质量的很大的石墨矿在那边。这是诺夫教授在我们那边做的一个报告，他起了一个很雅气的名字。这是我们也参加了今年年初欧盟的一个石墨烯的会议，这里面有几个是我们公司的成员，科研助理，他们一起去参加了欧洲的石墨烯大会，这是他们留的一个影。

我们还特别注意和下游企业的合作，比如说我们和宝钢集团有着长时间的交流、合作、讨论，包括攀钢集团，还有华谊集团，我们都在探讨一些可能的合作。有一些合作是已经快要形成，但还有一些合作还是逐渐会形成。因为我们之所以把这些企业列出来，是因为我们已经和他们有一些交流，有一些已经形成了合作，比如说华谊集团，我们已经有了一些合作。上海石化是一个老的集团，我们石墨烯和上海石化的一个纤维与环保事业部也有一些合作会逐渐展开。电缆这部分石墨烯大有可为，高性能纤维更不用讲了，是很重要的。盛虹集团之所以要提到它，它是全球第三大的化纤企业，年产化纤190万吨。

我觉得石墨烯的一个产业化的问题，其实最重要的是我们要找准关键的痛点在什么地方，大宗应用的强力拉动非常关键，关键领域的突破应用等等，这就看谁跑得快。大家看一看我们现在国内的石墨烯的这些科研人员做的科研工作，我个人的感觉，真的是挺好的。我们看到国内外石墨烯的一些成果，我觉得确确实实是不错的，关键问题是你是不是能够把它落到实处，能够很好地把它真正地在实际的生产生活当中应用起来，这是非常重要的事情。

我们在想做一点点事情是什么呢？导电纤维，也是我们国家比较弱的一个项目，我们想去做它。我们说让石墨烯导电这是一个问题，因为石墨烯和碳黑，现在所有的导电纤维里面多数采用的是碳黑，它是球型的，石墨烯在这方面有天然的优势，怎么样把这个天然的优势发挥出来，这里面是有问题的。你不信你把石墨烯放到这个里面准保是不导电，怎么样让它导电这是一个问题。另外我们对环境保护也很感兴趣，今天上午我听了孙立涛教授的报告以后，我下面就找到他，我说我对你的项目很感兴趣，我们下面可以进行合作。

我们做的一个导热的东西，可能和别的人做的稍稍有一点不一样，我们用的材料是另外一种，就是我前面提到的三维结构的石墨烯来做的石墨烯薄膜。我们希望这个石墨烯薄膜做出来更薄更轻更友好，不会对环境产生很大的危险。我们的价格很有优势，现在他们高导热的膜大概做到10个微米，大家都说非常薄的散热膜是比较难做的，我们做5微米没有问题，实际上碳纤维也是需要热解的，它也是需要高温来做石墨化。我们这个膜做高温的热解没有任何问题，最主要我们的电导率还挺高的。

我们做一下比较，当我们把这个膜做好了以后，我们和我们的热解能的膜比较，可以看得出来，我们不做热解的话，这个膜，我们的这个数据还挺好的。然后我们做了热解以后，在下面，1250是我们的数据，中间也有一个还原的大片的氧化石墨烯的膜，这都是发表的数据，但是发表的数据产业化可能有问题。比如说大片的至少它生产出来没有我快，我的速度可能比它快，我们这个生产速度很快，而且效率高、成本低。我们在和热解的PI膜，日本松下做到1900，第一个，这个成本你受不受得了？第二个，你有没有必要用这么高的？我们还有办法让它进一步提高导热的性能，但是这是我们后面要做的事情。我们现在成本、价格、性价比也是有一定的优势。我就先讲到这里。

主持人：有没有特别短的问题来问。

提问：我问一下这个膜是没有衬底的？

卢红斌：也有衬底，我们可以把它拿掉。还是要有一个离心膜，用的时候贴在上面。这个就是做成产品的时候我们要设计的，我们做的时候不需要这样。

主持人：谢谢卢老师。

主持人：下面有请中国科学院的林正得教授，林正得教授的报告题目是《基于仿生石墨烯结构的导热增强复合材料》，大家欢迎，谢谢！

林正得：很高兴今天有这个机会来这个石墨烯大会跟大家进行报告，相信大家对石墨烯有比较多的了解，在座的也有很多专家学者。今天是石墨烯热管理的论坛，所以我从我们团队里选择跟导热比较相关的研究来做一个介绍，我的题目就是《基于仿生石墨烯结构的导热增强复合材料》，我来自于中国科学院宁波材料技术与工程研究所。

聚合物有各种优良性能，成本也非常低，所以说现在可以跟我们人类生活密不可分。但是它有一个比较明显的问题，就是聚合物本身的热导率比较低，现在包括各种电子元器件，各种装备，台式机、笔记本、手机很多的零部件都是聚合物做的。去年比较有名的例子，三星的S7本来是推出的旗舰，想在市场上大赚一笔，结果产生了各种的爆炸，就是因为里面有热管理的问题，里面发热，导致电池爆炸什么的，使得三星的损失惨重。所以热管理看上去可有可无，但是对于一个企业或者产品造成的危害，包括对人身伤害是非常大的。

怎么样提高安全，把聚合物很低的热导率进一步提高，传统的加上氧化铝、氮化铝是比较普遍的，现在纳米材料在往里面添加，这样也体现出比传统的填料更好的性能。大家可以看这张图，传统来说的话，看一下左边这个图，是通过一种掺混的方式来把纳米填料和聚合物来做一个混合，这样的方式会产生一个很明显的问题，因为聚合物本身热导率差，但是石墨烯的热导率高，这样把石墨烯均匀发散的时候，实际上石墨烯的两个片子之间不搭界的，要从上一个石墨烯跳到下一个石墨烯是很难的，就好像路还在施工，还没开通，所以整体的热导率提高还是很有限的。我们现在有一个思路，就是怎么样在这个之间创建一个三维的石墨烯网络结构，好像是搭建一个高速公路，这些路已经完全连接起来，这样在同样的石墨烯添加量下，有望大幅度增加石墨烯的热导率。

下面是一些范例，大家看一下，既然是石墨烯，首先我们就想到从海绵开始玩，当然这是一个示意图，左上方是一个海绵的示意图，但是我们实际上在做的时候，就去市场里面找，各种超市都有各种厨房用的海绵，我们可以完全把这个海绵变成石墨烯海绵，而且尺寸比较大，可以到10厘米，也没什么问题。大家可以看一下从左到右，最左边就是一个海绵，旁边一个就是镀上石墨烯，最右边的就是一个复合材料，通过三张图可以看到能维持海绵的石墨烯三维连续结构。

随着添加量增加的时候，它的热导率也快速升高。右下角这张图可以看到同样的添加量，如果你是均匀掺混的话，中间提高的很少，可能就两三倍。但是如果是同样的添加量，如果你变成三维石墨烯结构的话，就可以提高到四五倍，所以说你可以发现它其实是同样的石墨烯添加量，如果这个石墨烯团结力量大，大家集合在一起形成一个连续网络结构的话，就能连续产生一个所谓的导热快速效率。大家知道现在石墨烯已经是大家相当耳熟能详的材料，可是某种程度上它的制备工艺，在价格上面，和传统的碳材料相比还是比较高的。所以如何在相对同样的石墨烯用量下能够更高地提高导热性能，这是大家比较关心的一个问题。

在2016年，可以看到我们同样添加量的热导率的提高率是远远高于其他文献的。第二个，就是说我们换另外一个思路，刚刚那个工艺，首先是搞出一个石墨烯的结构，接下来把还氧树脂换进去。反过来，这个工艺，如果说高分子的制备工艺来说，有一个非常普遍的方法，就是热压，通过一个加热压的方式，把高分子粉加到100度，高分子就熔化了，一压冷却成型，像做糕饼的方法。我们想怎么样通过一个简单的方式，用热压的最普通的工艺，来得到一个三维网络，并且得到比较高的复合材料的热导率。所以这里就看到这个流程其实很简单，我们先去买制售的热缩性的粉体，接下来我们就把这个石墨烯均匀地镀在这个粉体的表面，就是透过一种水相混合的方式，之后再热压，一压就会形成右边的这种，石墨烯就直接形成一个三维连续网络。

所以看到这个图，最左边就是一个制售的高分子的粉体，中间是镀上石墨烯，右边是一个放大图，看一下高分子表面就被鳞片状的结构铺满。通过热压以后，看到高分子机理，我们有一个石墨烯的连续网络，可以看到石墨烯的结构就可以显现出来。所以我们说仿生，这个基本上就像你看到叶子里面有这个细胞壁，是不是？其实它的结构也是类似于像细胞壁这样子连续的结构。

像刚刚这样讲，我们通过这样的一个添加量，去比较，发现跟均匀掺混来说，我们可以提高两倍，就是热导率可以翻倍。但是大家可以注意到这个工艺非常简单，它是通过热压，所以它的工艺基本上跟高分子一般的生产方式一模一样，非常适配生产，而且你说放大也没什么问题。所以可以体现出一个三维结构，是否形成三维结构，是对这个材料热导率的一个影响。

在这里我们也看到说，既然这个方式这么简单，各种热缩性的材料都可以做，这个板、片子也可以到10厘米，或者更大也可以做，这个效率也很高，反正压一片也是几十分钟，效率也很明显地提高5到7倍，所以说普适性很高。大家可以看到上面这一排的复合材料升温的速度比较快，而且最后能达到的饱和温度比较高，这是我们第二个思路。

第三个思路，我们又改变了，因为都知道这个玻璃石墨烯还是低于CVD生长的质量，我们还要控制形成一个精确的排列结构，目标就是尽可能在第一天量下增强它的面外的热导率，就是所谓的离子的热导率。这个就算是科研探讨，我们在镍的筛网上，它的线宽和孔隙都是可以完全定制的，我们把它卷起来就可以卷成一个圆柱状，形成一个非常规整的，就像大家可以想像把一个筛网卷起来，非常规整的一个石墨烯的三维结构。而且这个石墨烯里面的间距，还有管子自己的尺寸完全是跟着镍筛网走，可以完全精确地控制，而且可以看到非常的轻。因为CVD，你要它3到5层可以，5到10层也可以通过精确的方式来控制。所以像这样的结构我们把它做成复合材料，你就可以看到维持着筛网的排列，对不对？而且像一个坑一个坑之间的间距也是完全跟筛网是一样的，我们说这个就是比较类似竹子里面微管束的结构。这样的结构，我们可以发现说在不到2个wt的时候，就可以把热导率提高10倍，在这么少的用量下就可以得到很高材料的热导率的增强。我们把这些片子拿到一个同样的平台上去测试，一样可以看到我们这样的一个材料，哪怕它的添加非常少，它仍然可以得到明显高的饱和温度。

现在介绍另外一个工作，就是做立方氮化硼，就是把任何两个碳拿掉，用硼和氮取代。在一些会议中，能源、光电中很少听见，因为这个材料跟石墨烯相反，它刚好就是个性相反，石墨烯是导电，它是绝缘的，很多需要电学的，那种高大上的应用都用不了。可是它有一个性能是非常重要的，它的理论热导率跟石墨烯是相当的，所以大家看到很多在热管理方面，实际上你今天去跟企业做充分的交流，你会发现在热导这个领域来说，其实很多时候是不能导电。所以这刚好就是石墨烯的一个天生的短板，石墨烯的导电很好，它导热也很高，可是在某些应用上它一定要绝缘，所以说我们也发展这种氮化硼，它一样是高导热，可是它是绝缘的，来弥补石墨烯的不足。所以通过我们自己开发的剥离制备，刚刚前面说二维材料的导热片要做到非常薄是非常困难的，他们可以做到5微米，我们也可以做到差不多这个薄度。但是一个缺点就是我们现在大概在室温做出来的样品在50瓦左右，还不是非常高，但是现在对很多产业来说只要你超过35瓦就符合他们下一代装备的要求，所以这个还是有一个持续开发的价值。并且氮化硼来说，我们这个指标在今年还是比大部分文献来得要高。

最后跟大家科普一下，一个非常好玩的工作，大家发现在热管理里面，好像没有石墨烯薄膜存在的机会，好像都是石墨烯的片或块加到材料里面，石墨烯的导热还是有价值的。这里面大家特别容易理解，就是激光的锁屏器，是微纳器件，可能就是几十微米。这个激光的调节器，你要打到调节器上，改变波长和特性，激光的能量打到这么小的地方，你可以想像这个材料本来这么小的范围内，其实它的温度是非常高的。大家可以看一下，如果是看这个测试图的话，中心点可以达到快100度。如果你在这个上面给它覆盖上单原子的，马上就可以降低它的维度。它的路径本来是非常混乱的，你只要盖上石墨烯，这个热就好像找到一条高速公路一样。大家知道虽然杭州市面积很大，只要修上两条地铁，马上交通就会好。是一样的，在这样不到1纳米的材料下，对整个器件的散热有非常大的贡献。这是一个实际的例子。

好的，谢谢大家！

主持人：感谢林教授，尤其感谢林教授严谨的时间观念。看看大家有没有什么问题？

姚亚刚：那个裁剪都是很好操作的吗？因为我之前做过类似的工作，发现用普通的方法裁剪不好。

林正得：我们用的是镍筛网，不是用的镍泡沫，镍筛网就像一个衣服一样的东西，是很好裁的，不会有问题的。就是几十微米，等于是镍泡沫本来就是有一个三维结构，我们最后把它变为一个三维结构。

主持人：非常感谢林老师的精彩报告。

主持人：接下来有请姚亚刚研究员，他的报告题目是《高导热纳米碳材料的制备研究》，大家欢迎！

姚亚刚：首先我要非常感谢组委会给我这样一个宝贵的机会，来向大家介绍我们在高导热纳米碳材料制备方面的一些研究工作。我主要还是做的碳纳米管，石墨烯材料做得比较少，如果有时间的话，我会把我们近期做的一些工作，以及发表与没发表的工作，关于石墨烯的，向大家介绍一下。

这个大家应该非常清楚，随着电子工业的发展，电子器件越来越小，带来的散热问题很重要。其中大家可以看到，现在这种电子器件，像PCB，就是LED灯以及半导体元器件里面有严重的热量积累问题，如何解决热量积累问题，构筑高导热的材料就显得非常重要。

由于时间关系，这里面不太细讲。为什么呢？大家可以很明显地看到，从理论热导来讲，我们在2005年、2006年开始，就一直在关注如何找到高导热的材料。当时石墨烯还不是很流行，当时最早的时候还是做的碳纳米管，是怎么做的呢？可能也有人听过我们数字纳米所李老师的报告，我们是构筑碳纳米管阵列，通过这个促发剂来构筑碳纳米管的薄膜或者纤维。早期我们数字纳米所在2005—2008年期间一直在从事碳纳米管阵列方面的工作。

因为我们现在也发展一种新的技术，前面的方法是我们先得到阵列，通过纳米膜的方法得到碳纳米管薄膜，然后再获取碳纳米管纤维。现在我们直接通过化学气相沉积的方法一次得到我们的碳纳米管纤维，这个是我们的示意图，这个是我们得到产品的实物图，这个是我们得到面积非常大的碳纳米管的薄膜。除此之外我们可以通过一次成型的方法得到碳纳米管的纤维，这个是我们通过气相沉积的方法得到的碳纳米管的实物图以及扫描的图片，这是我们对我们得到的纤维进行加工和编织。

因为今天这个分会的主题是热管理，我把我们相关的工作简单介绍一下，碳纳米管阵列具有高热导率，是一款优秀的热界面材料。但是还存在一些问题，第一个是碳纳米管阵列的生长温度比较高，需要发展一种方法将碳纳米管阵列转移下来。另外一种，宏观体以后热导率并不是特别高，如何来提高碳纳米管的热导率也是需要进一步做工作的。另外，这种热界面材料以后，大家通过这个图可以看到碳纳米管阵列是与两个基底接触的，这个如何降低热阻也非常重要。围绕这三个问题，我们进行了相关的研究工作，主要的目的是降低碳纳米管阵列与两个接触基底之间的界面热阻，就是我们要降低碳纳米管的界面热阻，或者说提高它的热导率，降低碳纳米管与两个接触基底之间的界面热阻。

最早我们就发展了焊料和导热胶为转移介质的方法，通过导热胶的融合和焊料的熔融，我们将整片碳纳米管阵列转移下来。通过两次的转移工艺，我们就可以直接组装成碳纳米管阵列的热界面材料，如图中所示，我们现在得到的碳纳米管阵列热界面材料，整个是三层含量，上面是硅，中间是碳纳米管阵列，最下层是采用的铜。

最近我们又发展了一种碳纳米管阵列大面积的转移方法，转移的示意图就是最上边的那个图，我们是怎么做的呢？碳管阵列与生长机理是通过催化剂相连的，将碳管阵列与催化剂断开，这个连接就断开了，从而很容易地将生长在基底上的碳管阵列剥离下来。我们也可以通过这种方法直接耦合到化学气相沉积中，最右边的图就是我们可以通过生长的方法，可以直接得到转移的阵列。因为我们这种方法，催化剂是仍然残留在生长基底上，这个催化剂是可以重复使用的，我们可以实现多次的生长转移。这个采取的是弱氧化处理步骤，没有使得它变差，反而变好了，可以进行双面的转移和不同高度的转移。

我们得到的这个转移的碳管阵列，在双面镀上金属以后，可以得到独立支撑的导热膜片，这个方向，纵向的热导率可以达到将近100。如何提高碳管的热导率，我们也做了相关的工作。因为热界面材料主要的作用是排出两边的空气，我们最有效的方法就是提高碳管阵列的密度，碳管阵列密度越高的情况下它的热导率越高。我们发展一个多次生长的方法，如示意图中所示，我们首先得到碳管阵列，进行一次收缩，收缩完了以后再镀上催化剂，再二次生长，再进行收缩，再进行三次生长，就可以得到多次碳管阵列。我们发现随着这个碳管阵列升高是可以多次提高的，我们测量这个界面热阻，发现随着生长次数的增多，界面热阻是逐渐降低的。

另外一种提高碳管阵列热导率的方法，我们是采用小直径碳管阵列，具体是怎么做呢？我们前期的理论研究表明，碳管热导率和直径是有直接关系的，随着直径的提高，它的热导率是降低的。但是如何制备这个小直径的碳管呢？这个是有挑战的。我们的研究结果表明，通过我们这种方法，相比于普通的方法得到的多壁碳管阵列，从而提高它的热导率。同样的，我们也将这种小直径的碳管阵列组装成了热界面碳管阵列，这个跟商用比较低界面热阻材料是相当的。

最后一个问题，就是说如何来改善碳管阵列与两个界面热阻的问题，我们做了两个比较基础的工作，我们是通过分子声子桥联方法来封装，我们组装一些功能化分子，在两个基底上也组装一些分子，通过这些分子发生化学反应从而降低界面热阻。通过分子声子桥联封装的方法，我们可以和普通的焊料封装方法相比，我们界面热阻可以从10个毫米降到2个毫米。我们进一步研究也表明，可以通过自组装分子连接起来，从而构建一个大分子，这个热导率，整个界面热阻是降低的。

时间关系就不再说。我还想讲一个碳管阵列和石墨烯做在一起的工作，因为今天的主题虽然是热管理，但是主要是石墨烯，我希望把这个工作给大家在这里介绍一下。

这是最早的时候，我们可以通过碳管阵列拉碳管薄膜，这个需要比较高的热导率。但是大家知道在文献中也有报道，石墨烯纤维也具有比较高的热导率，但是石墨烯纤维的力学性能是不好的。碳管阵列需要比较高的热导率，但是它的力学性能是比较好的。

我们通过老的方法，化学气相沉积生长碳管阵列，通过阵列的方法拉取碳管薄膜。具体的工艺，大家可以看到，我们通过前面的方法，做成碳纳米管和石墨烯复合在一起的薄膜，通过具体的测试，这是我们一些扫描递进的表征，具体的就不再讲。

我讲一下最终的结果，我们在22.5%的含量下我们的热导率是最高的，我们这个膜做不太厚，但是我们可以做得特别薄。我们做得比较厚的时候，只能做到12个微米厚，但是我们这个导热膜可以做到2200个瓦米每平。其实还有一个特点，我们这个膜它的强度比较大，我们可以做到2.2个G帕。最后是我们一些拉曼，都表现我们这个薄膜具有很高的密度。

最后将我们的工作和其他工作相比，发现我们这个材料具有更高的强度以及热导率。因为我们是制备的碳纳米管石墨烯复合薄弱，再进行热处理。在这个过程当中发生什么事情呢？通过理论分析，我们认为碳纳米管和石墨烯在这个高温处理的过程当中，已经完全融合在一起，完全变成一个类石墨烯的结构了。我们也做了一些界面热阻的模拟工作，我们发现碳纳米管和石墨烯在高温处理的过程中是逐渐重建提高热导率的。这个是我们对制备热阻的一个模拟工作。

我的报告就这么多，谢谢各位！

主持人：感谢姚老师，大家看看对姚老师的报告有什么问题？

提问：最后一部分非常感兴趣，你说把石墨烯和碳管整合在一起之后，通过一定的方法，发现石墨烯和碳管有一定的相连，我不知道有没有具体的实验证据？

姚亚刚：关于实验证据我们还在做，因为实验证据很难观测到。我们观测到的证据，这一层跟那一层有一些连接，但是人家老觉得说你可能是这片石墨跟那一片石墨在高温下有连接，现在我们很难区分这个连接到底是碳纳米管和碳纳米管，还是碳纳米管和石墨烯，还是石墨烯跟石墨烯，因为这都是碳材料。

主持人：好，我们感谢姚亚刚研究员的精彩报告，谢谢！

主持人：下面有请陈成猛研究员，他的题目是《氧化还原石墨烯：从批量化制备到多领域应用》，大家欢迎！

陈成猛：各位同事、各位老师、各位专家，大家下午好！非常荣幸跟大家分享一下我们做石墨烯的一些进展。我们所是一个比较老牌的中科院的研究所，我们这个所的名字也比较有特色，主要是煤和碳这两方面的工作。

下面介绍一下碳材料，我们所培养了很多的人才，现在包括常州以及全国各地，很多做碳材料研究以及产业化的，可能和我们所都有千丝万缕的联系。当然碳材料也是在不同的时代发挥了比较大的作用，我们所从不同型号的碳材料，包括薄膜，石墨烯和粉体等都有涉及，所以可以说石墨烯虽然是最新的一种材料，但是碳材料里面其实好东西比较多，石墨烯只是碳材料的一种，它不可能替代其他的碳材料，只是说它有它的特色。所以大家不要把石墨烯神化，这是不对的。

当然石墨烯还是比较幸运的一种材料，在我们国家的扶持政策是史无前例的大，所以在这个政策的刺激下，我们国内做石墨烯研究的，包括产业化的一些单位非常非常多，也非常非常热。尤其是江苏、浙江以及广东，比较发达的一些沿海地区，石墨烯的产业化如火如荼。当然这里面的统计很不完全，据说已经有几百家甚至上千家石墨烯的企业。

但是我们用的方法主要是用氧化还原法，也是比较传统比较经典的方法，相信大家在实验室研究的时候很多都是用氧化还原法做石墨烯，这一个相对化学的过程，这个石墨烯相对会比较薄一点。但是因为有一些氧化的过程，有一些氧化以后带来的缺陷。但是有些场合恰恰是需要这些缺陷，比如说氧化石墨烯材料，大家也认为它可能比还原的氧化石墨烯粉体更有独到的地方。

我们的思路是首先要实现氧化石墨烯的制备，太贵肯定不行。另外，因为这个氧化石墨烯的结构太特殊了，怎么样去用它，怎么样在下游不同的领域去发挥它真正的价值，这是我们需要关注的。因为需要我们再往前多走几步，才能真正地和下游去对接，这里面需要解决一些共性的技术，比如说分散的问题，复合成型的问题，以及面向不同领域结构调整的问题，也就是工业化的问题。

我今天汇报的内容就是三个部分，第一个是石墨烯的还原氧化制备，我们是在国内比较早开展石墨烯研究工作的，从2007年我们就在做，后来经过了小试、中试，目前达到年产吨级的还原氧化石墨烯。这是我们所的一个基地，这个是我们做的石墨烯的一系列产品。我们从2009年就在国内外提供石墨烯的样品，我们也在跟很多企业提供一些应用的产品，或者和他们共同开发下游的石墨烯的产品。

当然这个石墨烯比较特殊，氧化还原法做的石墨烯提纯度很低，500克用那么多，运输也是一个难题，你10公斤就得拿个车来拉了，当然从微观上来看它有比较薄的特点。同时我们对石墨烯的材料结构可控可调，比如含氧量，尺寸大小等等。薄厚大小，片径大小对石墨烯的影响也非常重要，因为石墨烯有边缘效应，它边缘的量子电容、活性会更高一些。小片在齿轮领域，在导热方面都有一些特殊的性能。

总体上来说，石墨烯的制备过程就是一个化工的单元操作，这里面有很多关键的技术和问题，但是目前的一个趋势还是说我们要不断地去提高批次的稳定性，同时降低成本，使过程更加绿色，同时面向应用可控可调。

当然这个行业也有一些问题，大家也发现市面上的石墨烯并不真的都是石墨烯，但是因为没有一个标准，所以鱼目混珠，可能有一些石墨粉、膨胀石墨，还有一些石墨碳，没有标准的原因，所以煤化所也是和国内比较知名的几家企业在开展石墨烯产业标准的操作。

在应用这一块，我们现在有很好的石墨烯，就是石墨烯制备不存在问题。下一步是怎么应用好它。一个是储能，我们要在一个比较高的技术成熟度上，所以我们也是和山西的一个企业合作，建成了一个石墨烯改性的超级电容器的组装线，能够实现材料到器件的跨越。

这是我们做出来的一些石墨烯的超级电容器的器件，这里面其实是添加了部分的石墨烯，它并不是主要的材料，还是以微晶的形式，加在极片里面提高它的容量，以及提高它的工艺密度。包括软包的单体，同时我们也做一些一致性的实验。当然石墨烯的添加也发挥了巨大的作用，可以看出100C，就是36秒可以完成充电，我们做了一个玩具的小汽车，可以运行到25到30分钟。同时我们还做了一个电动的观光车，就在我们煤化所的园区里面通行，基本上30分钟就可以充满电，也可以续航几十公里，后续我们是希望完全用超级电容器来取代电动观光车。当然这里面超级电容器是一个系统工程，石墨烯不可能解决所有的问题，它只是电极材料的一个部分，这里面还涉及到电容碳的问题，这个可能更要命一点，它被日本的一个公司控制全球90%以上的市场，而且非常的昂贵，1吨的价格就在50万到100万之间，非常非常贵，可能已经超过了碳纤维的价格。因为我们是做碳的，我们也在研究怎么来把这个问题解决，我们没有做过超级电容碳，我们现在要啃这个硬骨头，发现这个比石墨烯难多了。现在这个设备其实已经陆续到位，安装调试，希望能够把这个真正做出来，能够实现进口的替代。

第三部分，我介绍一下我们在石墨烯功能材料的应用，因为这个主题是石墨烯的导热应用，我们也做了一些导热的工作。大家都知道石墨烯的粉体，不太接地气，怎么样让这个石墨烯接地气呢？一个是把它作为复合材料，还有一个是把它作为一个结构单元，总之是纳米的东西更多的是作为一个宏观体来用。这里面还是一个分散的问题，可以进一步做成水系的导电，有一些柔性的线路，导电性也得到很好的发挥。另外把石墨烯和低密度聚乙烯复合起来，其实这个石墨烯有一个很好的特点，很低的填充量就可以实现高的填充分数，形成一个导电网络。这样的话，就不会让机体变脆或者怎么样，不会损伤它的力学性能，甚至拉伸强度和模量都有了35%的提升，同时抗疲劳次数也有所提升，可以提升5.8倍，其实是抗冲击强度有一点点下降，但是问题不是太大。包括热稳定性，可以看到最大分解温度点推迟到96度，所以说石墨烯的添加可以很好地阻隔氧气分子在里面的分散，同时吸附自由基，这是一个原理。

另外，我们除了把石墨烯作为一个填料，还把它作为一个基本的单元，来做氧化石墨烯的薄膜。当然因为石墨烯本身的导电性和导热性是没有的，因为它的功能被破坏了，我们可以看出来其实在1000度这个热导率薄膜有一个很明显的提升，这是一个比较奇特的现象。当然纯石墨烯薄膜一旦退回来，它的力学性能减低，我们引入一种增强体，把碳纤维和石墨烯复合起来做成一种薄膜，它的力学性能提升。同时我们也测它的热导率，5000多是热困难系数，现在我们可以做到1000到1300瓦每K，对于这个纯石墨烯薄膜来讲这个是不可能的，不太耐疲劳，所以说碳纤维的加入提升了石墨烯的功能化。

我们认为还是把它作为味精，作为填料，在油墨、塑料等作为导电剂来用，陶瓷方面我们也开展了一系列的工作，和一些企业。还有一个，我们是把这个石墨烯作为基本的结构单元去组成一些宏观体，薄膜、泡体，这里面需要解决的是一个宏观组装的问题，而且同时还不要损失原有的纳米的效率。

当然我们这些年的工作也得到了院里的领导，以及山西省的省长、领导的一些关怀，都先后到煤化所去指导工作。这是我们的团队，有三十多个人，是一个比较年轻的团队。也感谢我们的一些合作企业，还有一些高校，还有山西省、中科院的一些支持。

最后谢谢大家！

主持人：谢谢陈老师。大家看看对陈老师的报告有没有一些问题？

提问：陈老师您好！我也正在做一些石墨烯方面的研究，我有几个问题想问一下，您在这个报告里面提到这个制备工艺要进一步改进，要绿色化，我想问问现在有没有什么想法能减少这个制备过程当中的一些药剂的使用量对环境的污染？

陈成猛：这个是有的，化工领域有很多的解决方案。用高锰酸钾污染很大，但是实际上你想一下用酸的行业用的量比这个大多了，而且现在更多的是这个酸我们不能把它排了，在高浓度这一段把它回收，低浓度这一段，因为它其实比自来水的离子含量还要低，我们测了一下，除了第一段水洗的比较浓，我们要把它进行处理。至少有三分之二的水可以重新做纯化的水，把它打回来。低浓度的排了是不好的，高浓度的可以重新收集起来进行再处理，没有固废的问题。

提问：尽量回收使用，这个很重要。

陈成猛：对，这个很重要，其实酸比较容易处理。

提问：还有一个标准的问题，因为经常也有一些企业委托我，说他们想用石墨烯来做一些什么改进，买来的想检测检测是不是石墨烯。不管是什么方法，比如说氧化还原法、CVD法，或者说生物质法。但是只要是石墨烯，它是一个统一的东西，你判断它是不是石墨烯，这个标准是什么？比如说它的SRD图谱是一个什么图谱？它的拉曼是一个什么图谱？因为你们研究的时间比较长。   

陈成猛：其实现在石墨烯标准这一块相对是一个空白，国家有一个名词术语规定，比如说10层以内可以叫石墨烯材料，还有一些要求，氧化石墨烯都有一些约定。但是怎么样去检测它是不是超过10层，或者里面的含氧量，包括层度这一块，其实瞿老师这一块也有一些工作在做。这个标准还正在制定当中，包括国际标准也有一个框架体系。

提问：这个是未来的事情。从我们做科研的这个角度来讲，我们不管它标准有没有出来，但是我们做了这么长时间的石墨烯，你觉得如果说是管层在10层以内的，它的图谱应该是什么样的呢？

陈成猛：我觉得真正的石墨烯不会出现一个尖锐的0.2峰，我觉得那是应该表示它是石墨，因为那个0.2峰是来自于有效的堆积。我们认为应该是一个很小的小包，非常非常小。

提问：你这个观点跟我是非常一致的，因为我刚才在隔壁的分会场有一个报告，就是一个很锐的峰，我说你这是石墨，他说我是石墨烯，结晶好，完整就是峰锐。我觉得它应该不是有序的。还有一个问题，你们关注这个含氧量的问题，有没有关注氢含量的问题，因为氧化当中肯定有很多氢，你怎么还原这个氢是掉不下来的？

陈成猛：主要还是含氧量，氢其实用元素分析来做，碳都出来了，氢肯定是有的，因为分子结构里面就有氢。

提问：我觉得如果有比较多的氢在上面，应该对它的性能有非常多的影响。因为它本身就是绝缘的，不导电的，一定要有这个碳结构才会导电。

陈成猛：您说的是石墨烷。

提问：还原过程当中我觉得会有氢，会有氢残留。

陈成猛：比例很低很低。

提问：好，谢谢。

主持人：谢谢陈老师。

主持人：最后一个报告是来自于企业，有请阚晓敏总经理，他今天的报告题目是《性感的石墨烯有没有美好未来》，大家欢迎！

阚晓敏：感谢大家没有走，现在已经到了礼拜五的时间，黎明前的黑暗，希望大家坚持一下，谢谢！

更要特别感谢瞿博士，你们这个单位让我们能够来此跟大家分享一下，在我们的应用端到底需要什么样的石墨烯。其实这个也是大家选择的一个主导方向，最主要的是学术的高端，还是我们市场的要求，主要的性价比，这也是一个重要的选择。

由于时间关系，我就跳过去一些不重要的东西。

我不是材料专业的，今天在这里听了一天以后，就感到很惶恐，我是无线电通信专业的。但是今天听了有两个收获，一个是我知道石墨烯有多种制备的宏观的外形可以影响它的特性，以后有一些东西可以有更好的材料特性来满足我的需求。第二个，我认识了更多的老师和材料专业的朋友。

新材料的出现其实给我们的商业提供了一个从零到一，从小公司到大公司的很好的捷径，就是充分地把材料发挥出来，和现有的技术跨界结合，看看在这个行业能不能有所突破。因为在这个成熟的行业里面不太可能让小公司在成熟的市场里面能够真正做大，即使是这样，我们的成功率也是很低的。

我主要有三个方面，第一个，这个就是给投资公司，我自己就半懂不懂的，还给投资公司讲的这些东西。这里面就是班门弄斧了，所以就不用讲了。

但是我们觉得这个可以跟大家学习一下，这是我们的体会，这个是在几年以前第一次认识瞿博士，看到他的瓶子里面黑乎乎的，就是石墨烯，由于我有强烈的好奇心，就对这个很感兴趣。讲了一些它的前景，以为就是当前，所以试了很多东西，比如说这个石墨烯分散到钢里面，可以大大地增加强度，钢的200倍。所以正好我们就到大连钢厂和武汉，去把碳按照原来的方法渗透1.5毫米，结果这个强度变脆了。经过很多的东西，最后我们说如果从市场的角度，就不要来什么高大上。什么真正能体现它不可替代的作用就做什么吧，而且我们还要在纷杂的这种需求的可能性和市场价值中寻找到它真正的方向。

我们感到这个石墨烯上下游的价值，应用上去了，这是一个价值曲线，是石墨烯原料高还是后面的应用价值高？这不一样。应用得多了，供不应求了，那个自然高了，我们觉得目前还是应用的数量太少，所以我们往前冲一冲。

在选择的时候也要根据自己的财力物力和背后的背景，和市场的渠道，来选择它的难易程度，别钱花完了，这个市场还见不到，就死在沙滩上。

对投资，我们当时讲，也是有这么几点建议，前景是光明的，但是也有一定的危险性。

好，今天是热管理，我主要讲两个在热方面的体会，石墨烯导热薄膜在健康方面的两个应用，这两个项目都做出来了，一个这次没有带到这个展示上面来，一个理疗产品，还有一个就是健康饭盒，这个是应用时候的一个体验。

由于时间关系，我就挑两个跟热有关的，我们公司的两个应用案例，跟大家分享一下。因为石墨烯，因为我认识瞿博士、冯老师比较早，所以其实还是在热的应用方面做了关键的几个发明专利，而且围绕它做了一个专利的保护池。所以现在看到做的热衣服，做的热的容器，这些大部分其实已经在我的发明专利的覆盖底下了。

这个石墨烯移动加热智能饭盒，我们说它不是一个噱头，因为它在石墨烯的应用里面有它的必要性。从市场需求来说，我们通常都用嘴巴，印度人是用手来试验这个食物的温度，烫的就不往嘴里塞了。但是我们通常就是在喝水的时候，不是烫了吹一吹，倒进去了，就是冷了直接就进去了。但其实人体内对温度的要求，其实比你盖被子穿衣服还要重要，你喜欢烫的，以后食道会有一些问题。所以这个温度对人体的健康是很重要的，特别是对一些敏感群体。而且吃什么吃多少现在更加重要，所以把这两个结合起来，我们觉得现在大胆一点说，由我们公司来开辟人类新时期的时代到来了，可能是个笑话，但是也可能几年以后人们真的开始。

我们这个饭盒主要用到的石墨烯，前面就不讲了，前面是我们的专业，就是说后面有后台可以进行大数据分析，建议各个人群可以吃什么，也有专家给你方案。最重要的是我们石墨烯的加热，我们的加热最便宜的大概1.2元就可以解决饭盒的加热和原来你们带饭的问题。但是如果用几节电池可以把它加热一次甚至两次，在户外，在任何时候，在你没有电源的情况下，都能在你需要的时候给你所喜欢的温度，还是有一定难度的。这里面包括电源的控制，包括计算的时间，因为测量饭的温度，上面的和底下的不一样，中间的和边上的不一样，这是要有算法的。我们在底下还有四个秤，来称你饭的重量，你只要在APP上设上你喜欢的温度，还有你吃饭的时间，到时间它就是这个温度，你打开就可以吃了。如果你的太太在家里给你留饭，放了你喜欢吃的饭菜，回来的时候一进门过来打开就是你喜欢吃的，这不仅仅是一个温度，而是留在你心里的一个温度。

而这个在很多的市场里面是刚需，比如说对温度敏感的老人孩子，孩子喂饭这些，食道有问题的人，还有在做户外作业，户外运动的人，这都是刚需。所以对一个小公司来说，这样的起步已经足够了。这个石墨烯，我在这里呼吁大家一下，有这么多专家，我们觉得石墨烯的每单位平方米的功率还是不够，它的好处在于它大电流可以达到20安培，但是电池它不可能这么大的功率，早就爆掉了。所以怎么样才能够制造低压的，大概每平方厘米，就是这么大一块，这么大饭盒底部的一块，可以提供上百瓦以上的，我们现在是60瓦，热饭还是有点慢，可以给我们提供这个。这些就是真正的需要，我们制定了一个平台，可以给不同的需求迅速地定制，比如说给老年中心，比如说给月子中心，比如说给几个运营商，外面的人，制定适合他的用于批量的生产，我们现在还没有精力对公众做通用的产品。这个东西的难点不仅仅在于想象中做到，这个内胆可以很轻，可以像书包一样很封闭，如果密闭不好，很有可能进水，很有可能里面的汤汁漏下来了，我们可以放在书包里面，男孩子也不用害怕带饭，这些细节都考虑到了。但是最重要的就是他可以享受科学的温度。

这个还没有到市场，已经拿了两个国家级的奖，高交会的十大人气奖，这都是投票的。其他的都是一群发明专利，这个是搜狗的王小川，这个是减约的创始人李宇欣，他们都来看过这个产品。我们要求想做的产品是可以代表需求的产品，从某一个意义上来说我们就是你们的客户，如果你们在性价比上面优异，我们一定是跟你们密切的合作。

我另外的一个产品是让女性因健康而更美丽，刚才也是一个健康的产品，这里面一个共同的道理，是什么呢？我们觉得现在的科技、人工智能什么的虽然这么发达，但是有没有一个自然的科学的过程是值得尊重的。就是从30亿年前跟人类的生命相关的时候，诞生的时候，这个就一直到现在，每20年，后面就产生了人。不到20年，可能产品就迭代了一次，迭代到现在，人的生命已经每个细胞可以记住你所有的东西，你胎儿的时候，手指头，这个细胞长到这儿就不长了，给你分出叉来，它如果不知道的话，你手指头就长成像鸭蹼一样，是一个异型。两三万个宇宙飞船的部件只要外面有一块脱落，马上就起火爆炸，蚊子可以边飞边下蛋，还可以吸你的血，蚂蚁可以感知天气，去搬家。难道我们就可以用基因，用细菌来割掉一个一个基因吗？你们不害怕基因剪刀吗？割掉坏的同时，不会把好的割掉吗？现在发现阑尾是不能割掉的，切除阑尾，可能会影响免疫功能并且可能会增加结肠癌等癌症的发病率。扁桃体也不能随便割，我就割了，所以经常咳嗽。我们尊重生命科学，可能比尊重高精尖的科学，高精尖的科学认知是非常有限的，我们现在都是基于最基本的中医原理，人都是一个整体，中医都是全科医生，对吧？拿热的东西捂一下肯定对人体肯定有好处。在42度的时候，对人体的曲线共振会快，它是面发热，它的导热非常快，你在一个地方安上传感器，我们的精度可以到0.5左右，这样我们做出来所有理疗的东西都非常精确，绝不会烫伤，而且非常方便，用电池一吸你就开始理疗了。血液循环以后，就减少了良性肿块的延缓和消除它，有良性肿块、肿瘤、乳腺增生的，得癌的概率要比没有的大40倍到200倍，不同的医生有不同的说法。石墨烯这个光波，它是太阳里面X射线没有赤橙黄绿青蓝紫，它远红外的生命光波是没有害处的，所以尊重科学，我们做了这个东西。

就是这些医疗专家，我们指导级别还是很高的。大家查一下，刘敏如是30个国医大师里面唯一的一个女性，而且是原来干妇科的，我们这两个都是尊重生命的科学。

我想多留点儿时间跟大家互动一下，请你们提提交流的问题。

主持人：大家看看有没有什么问题？

阚晓敏：我们非常希望你们能给我们提一些好的建议。

主持人：您这个饭盒是用于加热还是用于保温？

阚晓敏：饭盒是这样，我们知道我们带饭都是希望先冷后热，如果都是40多度细菌很容易生长，但是我们希望我们吃的饭又是40度到50度。我们是到你该吃前，称那个饭的重量，然后加热、保温，在你吃的时候正好是那个温度。如果你带的饭多一点，我就提前得多一点，如果你带的饭少一点，我就提前得少一点，反正到你吃的时候正好是你喜欢的温度。每个人喜欢的温度都是不一样，所以我是定制饭盒，永远有你喜欢的温度。

提问：成本大概是多少？

阚晓敏：我们材料的成本应该是两三百块钱，但是这个花的研发费可就多得去了，400—500万，两年，就为了内胆不漏水这些东西，搞来搞去，模具做了两套。这个看未来的方式，也许是共享饭盒，不要钱。

主持人：那没人刷了，卫生也成问题啊。

阚晓敏：也不是，就像我们原来大食堂的饭盘。我到这里就是露个脸，性感的石墨烯有没有美好未来？我说肯定有。性感的石墨烯项目有没有未来就指望大家，看这个市场，看运气，这个400分之一的概率，看看明年还有没有这个公司。

主持人：好，谢谢阚总。

阚晓敏：好，谢谢大家！

主持人：感谢阚总的精彩报告。刚才专家们精彩的讲演，对我们企业在今后石墨烯的应用上的发展提供了有力的借鉴，使得我们能够站在一个更高的起点做好各项工作。

主持人：尊敬的各位专家，各位来宾，还有做石墨烯的同仁，以及这个相关的企业，大家下午好。我是来自中科院苏州纳米所的刘立伟。我另一个身份是苏州格瑞丰的负责人，然后也在这个江南石墨烯研究院里面也有一个联合应用的开发中心。非常高兴今天我很荣幸主持一下这个2017四届石墨烯创新大会的这个新能源应用这个分论坛。

一方面是我做了一些年的石墨烯的研究，另外一个我也感兴趣这个石墨烯在这个鋰电方面的应用。然后我觉得大家也现在回想一下在石墨烯这个走过来的这些年的过程，很荣幸，其实这个石墨烯真的工业应用现在也就是在这个锂电池这个导电机剂里面刚刚崛起。那么它是一个，尽管市场规模目前还有限，但是它还毕竟是对石墨烯来说是一个重要的突破。

那么尽管石墨烯这个行业因为刚刚起步，所以说一定会有这个概念式的或者是资本的推动式的方方面面。但是我相信这个实大实实打实的应用也很快逐步就突破出来了，就像我们今天这个新能源应用论坛里面会有这个石墨烯锂电应用方面的这个新的方向。

那么还有一些其他的论坛有个石墨烯制备的，也有石墨烯热管理的，这个热管理应该像深圳这边做这个电热做得非常好。也有石墨烯复合材料的，这几方面。所以说我们还是很荣幸，在这个新能源这一块儿我觉得它是一个最近最有希望的这个应用领域。

我们很高兴今天邀请了共有六位专家来做这个分论坛的报告。他们是这个中科院兰化所的闫兴斌研究员，让我们欢迎一下。还有中科院成都有机所的魏志凯副研究员。还有来自中科院苏州纳米所的李伟伟博士。我们也很高兴还邀请了这个澳大利亚新南威尔士大学高级讲师王大伟博士。王博士还没到。还有西班牙马德里高等技术研究院资深研究教授罗峰教授。让我们欢迎一下。还有哈尔滨工业大学王殿龙教授。

那么我们现在就开始我们的第一个报告，有请闫兴斌研究员，我先给做一下介绍。闫兴斌研究员是，你自己要介绍？也可以，他是这个中科院百人计划学者，是兰化所的清洁能源、化学与材料实验室的主任。主要从事新型低微碳纳米材料和电化学储能技术研究，先后多次获得国际、国内的这个奖项，承担很多项的科研项目。SCASCI的学术期刊发表论文超过130多篇，引用三千五百余次，这个HE也非常高，33。那么他的报告题目《石墨烯冷阴极的场发射特性研究》。这个闫研究员也是在这个储能方面也做了大量的工作，我相信他也会做一些介绍。好，谢谢各位。

闫兴斌：谢谢李老师的介绍。我是来自中国科学院兰州化学物理研究所，报告之前我还是喜欢希望介绍一下我们所。因为我们所地处西部，所以每一次出来做报告我都是要用这么几张片子介绍一下研究所。那么兰化所是成立于1958年，sorry，1958年，那么到明年就整整60年了。然后兰化所的科研实力还是非常强的，那么现在一共有两个国家重点实验室，一个国家公共中心。那么一个科学院的这个重点实验室，另外还有四个所级研究单元。那么除了在兰化所本部以外，我们在我们甘肃省的白银，那么在山东省的青岛，在江苏的这个苏州和盱眙，包括在浙江的义乌都有这个研发中心。其中这个规模最大的是青岛研发中心。那么青岛研发中心现在还在建设阶段，那么它的设计规模，建设规模比我们本部还要大。那么科研用地是863，就是反正是场地一共有八座科研大楼。

我们现在研究所这个员工已经超过六百人，那么有两个科学院的院士，然后还有一系列的这种title的这种科研人员等等，详细的我就不说了。

那么研究所有三个方向。一个就是新材料，这里面这是兰化所目前最具特色的一个方向，那么就是以润滑防护材料为主。那么比如说我们神7上天的时候那么在太空翟志刚出舱做的两件事儿，第一个就是摇五星红旗。第二个就是外面挂了一个样板，那么这个样板就有我们所的30个这个摩擦润滑材料。还有关系到包括有色金属，纳米材料，薄膜材料这方面。

第二个就是资源与能源。那么资源与能源这一块儿主要是围绕这个石油、天然气、矿产资源、生物资源，还有我负责的这个清洁能源。那么这一块儿历史上最具显示度[微软用户1] 的就是我们所在八十年代中期针对那个国家顺丁橡胶这个课题的开发，获得一个国家科技进步特等奖。这也是多少年国家才会有这么一个奖项的。

第三个方面就是生态与健康。这里面就是针对这个西部的陇药、藏药，这块儿的开展一些植物资源、药物资源。包括一些水质、土壤寒区、旱区这一块儿的一些污染库的治理方面的工作。

那么这里面其实跟石墨烯开展的今天这个会议主题还是有很大很好相关的。比如说在润滑里面我们知道我们石墨烯可以做这个，首先它可以做固体润滑材料，那么它也可以添加像润滑油、润滑纸里，做这个润滑油、润滑纸的添加剂。那么这方面我们所也开展了专门的领域和工作。那么资源和能源比如说在催化剂这个，石油化工这块儿有很多催化剂。那么我们用石墨烯作为这个很好的载体。包括能源这块儿，就是储能、电池这方面，后面我会讲到。

那么生态和健康这块儿主要是我们所做药物的分离分析，那么石墨烯可以做一些分离分析，尤其是我看后面有报告做这个多孔石墨烯。那么它也可以作为一些离子的分离分析，包括重金属的分离。还有做一些药物的一些靶向材料载体这方面用。那么今天我的报告不涉及这方面。

我这个实验室的核心工作就是那么以化学制备的技术，制备以石墨烯为代表的新型碳材料，那么定位就是以应用技术为中心，那么出口了能源器件方面的，以能源领域，器件领域方面的应用为导向。那么可能这个实验室80%的精力都是在做这个以超电容器为核心的电化学储能器件。另外就是做这个场电的发射器件。

但是今天我主要还是想讲一下场电的发射器件。原因有两个，就是因为石墨烯在储能应用方面应该是目前炒的或者是大家致力于做的，很多精力在做这方面的。所以可能很多代表对这方面都非常清楚，那么可能不需要我太多的去说什么。还有就是其实我在2011年的时候，在中国科学院预备预报邀请我写了一个评述，那么我当时的题目就是《石墨烯助力超级电容器的发展》。

但是经过六年的这样子的，经历了六年，其实我现在再想想我当时2011年说的一些观点可能还是有点不实事求是了，可能有些想法现在看来有点冒进。那么也就是说石墨烯，确实石墨烯在超容这方面是有很好的应用前景，但是它还是有，目前超容这方面那么主力军市场认可的还是活性碳。为什么？

一个致命的原因就是因为它太轻了。那么最后我们讲究这个器件它的这个，将来它的体积容量，体积能量密度，体积功率密度这些都上不去。所以属于真正的把石墨烯要作为一个主体碳电极材料来用到超容上，那么首先就要解决它的这个体积性能差的问题。当然这是目前国内比如说天津大学杨全红老师，提到这个石墨烯这个高质密集的问题。还有一些其他院所提到了策略。那么在针对这一块儿我们提高它的这个体积性能，我们主要是在石墨烯的表层，再来相当于复合或者杂化一层其他的金属化合物。一方面金属化合物它具有验电容的储能，另外一方面金属化合物它的这个密度比较高。所以最终可以使这个超容它的体积性能提升上去。

当然今天我这方面就不过多的去介绍了。那么我今天就想讲一下这个厂电发热器件。那么这就是我的报告的几个目录。那么可能厂电的发热器件很陌生，大家觉得好像似乎跟石墨烯，反正是很多人跟反馈的就是非常陌生，石墨烯还可以往这方面去用？这也就是我今天为什么要讲它的最重要的目的。

其实石墨烯作为一个就是新型的材料，那么在学术界我一直认为它应该是一个高大上，高精尖的一个材料。所以它的应用我也觉得，它的应用可能不能是太大众化，就像现在国内也有在做，把石墨烯加到水泥里，把石墨烯加到沥青里去盖房子，去铺路。我就感觉这是不是有点太这个，“大炼钢铁了”。

那么为什么要做“冷阴极”呢？那么冷阴极就是一个非常高端的一个应用，打个比方，因为这里面就是，我先说一句话，应急电子发射器的材料它在航天信息电子和军事工业等方面具有非常大的应用前景。那么在民口方面，包括这个在，尤其是以平板显示器这个方面，它也是一个长久不衰的科技热点。

那么因为我这块儿主要还是在承担一些军工项目，所以也不能说得太具体化。就是科普的这样的讲一讲。那么比如说我们国家现在在大力发展这个激光武器，那么激光武器这里面就需要用到一些高功率的电子元件，那么高功率的电子元件里面有一个核心元件就是真空电子枪。真空电子枪其实用我们俗称的就是怎么把这个电流放大，有点儿像放大器，像扩音器这种效果。那么这里面就有一个发射源，那么就要用到这个电子发射源。

那么现在主流，那么大家集中研究都把它叫成应急发射源。所以这是在军口方面的一个应用。后面我会讲一下它的原理。那么民口方面这个平板显示器，厂房这个平板显示器可能大家比较陌生，但是一说另外一个，晶体管，这个晶体管，就是液晶电视这样大家就很了解它这个应用是多么广泛。其实大约在十几年前，那么厂点在FED和LED它是两个相互竞争的这么一个技术。但是FED因为当时一些材料体系的还不成熟，那么它存在的这个发射电流不稳定这些问题，所以目前LED在民口市场上它已被广泛应用。但是FED好像大家了解不多。

作为这个应急发射源其实它有三个阶段，最开始就是个热应急，那么包括了金属、氧化物这样。那么它这个发射源它的问题就是它的启动非常慢，需要预热，而且高温操作，不适应这种小型化。那么第二个代就是固态电子器件，固态电子器件它就可以实现这个器件的就是发射源的小型化。但是它的工作频率很低，那么它的带宽非常窄。而且这里面还存在非常复杂的热管理系统。

那么第三代就是以碳材料为代表的冷应急发射材料。那么这个冷应急发射材料它就可以很好的解决热应急，第一代热应急，第二代固态电子器件它的问题。所以刚才我说了，在航空、航天、电子信息、军事这方面表现出了非常巨大的应用前景。这张图就是一个军事上的用的真空电子枪它的一个实物图。

那么碳材料。那么现在发展到目前，就是碳纳米管和石墨烯是最理想的冷应急发射材料。为什么这样说呢？因为冷应急发射材料它需要具备下面的基本条件，那么它要求这个材料它的公函数，这是我们物理范畴的事儿。公函数要小，那么开启电压要低，发射电流要大，而且要稳定。同时也要具有非常好的稳定性，比如说耐离子轰击，耐腐蚀，导热性好。那么这个热平常系数要低。那么这牵涉到热管理方面的。

所以它是个非常，所以碳材料是非常好的冷应急材料。那么有人说，为什么呢？那么我们都知道这涉及到石墨烯它的一些基本特性和应用。那么这里面特性里面在我们冷应急要用到的是它的牵引率，那么它的机械强度，导热性，包括它的这个厚度这方面。那么这些石墨烯本来的优势就决定了它非常适合做这个冷应急发射源。那么反过来说，用这个化学方法之类的，粉体，就是化学氧化得到的或者机械归类里得到的这种粉体，包括电容放电得到的这种粉体，都特别适合做这个冷应急的发射源的石墨烯材料。

那么说你讲了这么多到底什么是冷阴极发射？其实原理非常非常简单，就是像一个两极，那么它在这种，电子源因为它在真空下应用，环境是真空密闭的。那么它的原理就是在这个正负极两极之间如果给它施加一个电压，当这个电压达到一个阈值的时候，就达到一个临界值的时候，那么再增加那么负极，也就说我们比如以我们的石墨烯为例，石墨烯在负极表面，那么负极因为电子气温比较低，它就会有电子耀迁出来，到达正极。如果正极有发光的材料，比如说荧光粉这样的，那么它就有光反射回来，这样就，其实原理就是发射出来，那么我们发射出来的电流产生了一个电流的回路。那么评价它的指标就是发射出来的，给它施加的电场越低，得到的电流强度越高。而且这个电流非常稳定，那么这个器件，应急器件的性能就是最好。那么石墨烯在这方面的应用最开始就是得到这么一个石墨烯，然后用这个针尖，这是一个微纳实验，用这个TIP跟这个石墨烯就构成了一个电极。这样它施加电场就有这个电流出来。那么研究发现，如果把这个，我们发觉石墨烯的边缘其实是非常好的这个发射源。也就是一个线发射。那么这是因为它的边缘这种，我们叫长径比是非常大的。那么这就是它的，我这个图不太好用，那么大家可以看出，当施加，横坐标是这个电场，那么电场达到一定值就会有电流出现。那么这样，这就构成了一个很应急发射。

还有研究就是用气相沉积方法我们可以得到这个石墨烯在机理的这个定向的生长，我们叫这种石墨烯叫石墨烯墙，那么这种墙它是竖起来的。所以它边端都非常的，所谓的锋利，或者非常尖。由几层石墨烯构成。那么它也具有非常好的这个发射特性。那么还有文章就是用这个石墨烯抽成纸然后把它卷起来，然后在把它切开，这样把切开的东西再竖起来，这样它也就实现了这种非常锋利的垂直于机理的这种线发射源。这样也可以实现非常好的这个冷应急发射。这就是，那么这个工作做得更详细了就是怎么样的沉积条件，得到什么样的石墨烯墙，然后研究了石墨烯墙的结构对冷应急比热的这个性能的影响。那么我们的工作，那么这个设备是怎么系统评价这个冷应急发射它的性能的？这个评价是什么，那么这个，好了，那么这个设备它是我们目前国内最先进的。

我可以用这个设备，它真空可以达到负8帕，那么我可以测试它在直流电压和交流电压下的特性。我们做了，最开始就用这种叫什么，电容放电的方法得到粉体的石墨烯，那么我们考察它的电话里的这个冷阴极发射特性。详细的技术我就不去说了，那么就是用这个，然后还原得到了粉体。那么我们也可以让它这个石墨烯竖直在沉积在机体表面，然后考察它的这个冷应急发射的特性。那么这都是一些基础的研究。OK，这也是。

那么我们也可以通过在石墨烯和机体之间增加这个过渡金属，相当于一个缓冲层来降低它的电子的这种势位，那么也可以进一步提高它的这个发射特性。我们也可以把这个做成这种图案化的，这种常规的石墨烯的粉体做成图案化的这种发射源。那么它的性能也是非常好。你也可以应用打鼓的方式制造更多的这种垂直的这种石墨烯，那么使它的发射特性也得到非常好的提升。

你看到循环，再一个非常好的固定的场强下，它的循环大约一百多个小时，它发射的电流非常稳定。我们也可以用铅笔来制造，因为铅笔可以制造石墨烯，来做这种柔性的发射源等等。这也是做复合材料，那么石墨烯可以提高其他非碳材料它的这个厂电发射特性。那么这是将石墨烯和碳管的复合起来，那么有点像刚才我说的抽真纸或者把它竖起来，那么这样它就非常好的这个发射源，然后那么它的发射电流就可以非常高。可以达到就是在平方厘米这个范畴就可以达到几安，那么在交流这个条件下就可以达到十几安这么强的这个发射电流。那么这块儿是军方已经完全满足军方做这个真空电子枪的这个冷应急发射源了。那么这是目前我们世界上报道的最强的这个发射电流。那么我们简单的看就是从它这个发射源也可以看出它这个光非常强，而且非常均匀。因为就是我刚刚说的，就是牵扯到军方的，所以我不能说得太细。那么最后就是一句话，那么碳纳米材料，这儿主要是石墨烯和碳纳米材料。那么它是非常适合做这个就是FED场发设置的应用的一个非常好的一个材料。那么在军口我们就不用多说，那么在民口，其实它的应用就是做平板显示器，包括做这个机场等等。包括便携式的安检的这个我们叫X摄像扫描的这个发射源来使用。好，以上就是我的报告，谢谢大家。

主持人：大家有没有问题，可以提一个。

闫兴斌：用氧化石墨烯要经过高温的处理，对氮气、氢气、氧气都有很大的影响，为了排除这些影响，在超高真空下把这些都去除。

主持人：第二个报告有请魏志凯博士。我先介绍一下魏博士，魏博士是成都有机所纳米碳材料副研究员，从事石墨烯炭的制备和研究。他的报告题目是石墨烯基储能器件开发及应用研究，大家掌声欢迎！

魏志凯：各位专家，大家好！我是来自成都有机化学有限公司的魏志凯，题目是石墨烯基储能器件开发及应用研究。第一是公司的介绍，第二是石墨烯基锂离子电池的应用，第三是石墨烯基锂的研究。

我们公司成立于1958年，我们最早实现碳纳米管的应用，我们是2009年开展的石墨烯制备和建造工作，目前有60吨的石墨烯粉体及浆料、复合材料生产线。

我们公司目前石墨烯的制备分两个基础路线，一个是石墨烯纳米片通过机械剥离的方式制备，这个比较容易规模化制备，比较容易放大，成本比较低，而且由于没有经过一个强的氧化剥离，缺点就会很少。另外一个基础能源就是氧化还原的方式，通过石墨为原料，通过插层氧化剥离，得到单层分散氧化石墨烯，通过表面的修饰，得到石墨烯前驱粉末，再通过高温煅烧处理，获得单层分散氧化石墨烯粉末。这个图是石墨烯片层的结构，这边是我们石墨烯片层的对比，特别是在橡胶、塑料行业分散是比较困难的。这个技术我们很容易调节这个片层的尺寸，尺寸在50微米、10微米、3微米，不同尺寸均可以形成很好的分散，粉体电阻率达到600—800，与天然石墨的电阻率相当。

我们石墨烯产品是一个高还原度的产品。通过这种技术我们可以很好进行复合材料的制备，这是我们制备的石墨烯碳管的复合材料，将碳管一根一根分开，分散在石墨烯表面，然后利用石墨烯分散碳纳米管，同时碳管也可以阻隔石墨烯的团聚。特别是在塑料和橡胶领域的话，应用前景是比较好的。利用同样的基础，我们可以把白碳黑纳米颗粒分散石墨烯的表面上，在很低的添加量，10%的添加量下电阻力只有10%的水平。我们公司有石墨烯、以及氧化石墨烯20多种产品，相应的产品参数可以在中科时代纳米产品平台上去查询。

在储能器件应用我们开展两个方向，一个是锂硫电池导电剂，一个是锂硫电池导电器件。作为导电剂主要替代锂电池的导电剂产品，从结构来说，这种石墨烯二维片层的结构是同导电石墨相近，提供一个长程的导电机制。优点是比导电石墨用电更低。缺点是，这种片层结构有一定的阻隔性，会造成离子传输的困难，这个需要在电池压实的工业中做一些调整。不建议用太多石墨烯，反而会导致电池性能的下降。这个是我们自己做的，在磷酸铁锂体系的验证。粉体电阻率方面石墨烯和石墨烯纳米片由于碳纳米管和导电炭黑。无论是厚的还是薄的纳米石墨烯片，在电池导电剂应用的话效果没有明显的差别。利用1%的石墨烯取代superP后，对倍率性能的改善是比较明显的。这是我们将要给用户提供的测试数据的反馈，CNT加了3%的碳管，GN50是碳管和石墨烯是1比1混的，初始放电容量在600左右，膨胀是0.03，内阻是基本相当的。常温的EC循环和碳管基本处于一个水平。倍率方面分别在常温10 ℃和常温15℃的放电。零下20度1C倍率放电是最好的，低温放电的时候，离子传输在低温放电起到了很好的作用。

这是我们在三元体系中的验证，直接使用了石墨烯取代了KS—6，用了1%，石墨是用了2%。加了石墨烯样品的话初始放电容量会有进一步提升，从148到152，高倍率也会有提升。石墨烯在锂电池应用的话，能力取代一部分导电剂应用的需求，但是用量的话尽量以少量添加为主，太多的添加对倍率和低温性能会有一定的影响。

另外一个方向就是我们在做的石墨烯锂硫电池的开发，一个是高载流量石墨烯复合阴极另一个是石墨烯保护层构筑。负极取代，极限是能做到250瓦每公斤，正极搭配高镍三元材料，在2030年能够实现300瓦时的指标，进一步提升电池的密度的话，使用锂离子电池是没有什么希望的。做成器件的话，极限的能量密度应该能超出600瓦时每公斤，但是目前商业化的锂硫电池在300瓦时每公斤。大家都知道硫很便宜，但是金属锂是非常贵，虽然铅的用量很多，要用到3.8克的铅和4.5克的氧化铅。锂硫电池如果能商业化的话，对商业成本的下降还是非常显著的。

锂硫电池还有非常艰巨的挑战，能量密度怎么样进一步提升。现在商业化锂硫电池只有300瓦时每公斤，这部分是因为硫是很差的一个电子导体，电阻率在10的15次方欧姆的水平，这需要我们加入大量的碳，改善硫的导电性，从而使硫能发挥能量。碳又是一个非活性的材料，这就是为什么现在商业化的锂硫电池没办法朝更高密度去做，这就是因为加入很多非活性的碳材料。另外，单位每平方米把硫添加到4毫安时。我们在锂硫电池技术分三个方面，一个是正极，用3D多孔石墨烯骨架。第二个方面我们用功能电解液添加剂。负极我们是使用石墨烯在负极表现进行生长。这是我们对高性能导电骨架的开发，通过石墨烯在高流下材料的导电性，通过设计一个多孔的结构，可以提高电池高倍率的放电性能，可以做到10毫克流载量下，实现大于10毫安时每平方米的发挥。

这是我们对不同硫载量电池循环性能的对比，流载量的提升电池的循环是快的。在9.7毫克下，循环两三圈就失效了。我们通过使锂负极这一层构筑了石墨烯的保护层，可以使锂硫电池很好的循环。这个电池如果循环50圈，保持率在98%。复合导电剂在降低锂离子电池导电剂用量和提高能量密度方面具有优势，石墨烯密度会很好提升，而且可以解决锂硫电池的循环稳定性。在今后这种新型体系中，石墨烯可能会发挥更多的作用。谢谢大家！

主持人：感谢魏博士。有没问题吗？

问题：您刚才谈到了锂硫电池，锂硫电池如果现在有办法解决，那没有废水可以排了。因为硫酸就可以直接把石墨烯氧化。

魏志凯：硫和碳负载方法很多，也有化学还原的。

问题：可以用硫酸直接把石墨粉搞成纳米级的石墨烯吗？

魏志凯：可以的。

问题：不用加水吗？

魏志凯：废水的问题很简单，就是一个酸碱的综合。

问题：电池里边加硫酸吗？

魏志凯：石墨烯的废水不只是含硫酸，还要做纯化才可以用。

主持人：下一个报告来自中科院苏州纳米所的李伟伟博士。是2013年获中科院纳米所的博士学位，现任纳米所的助理研究院，主要研究方向是高质量薄层石墨烯制备以及在锂离子电池中的应用。我们有请李博士。

李伟伟：大家好！我来自苏州纳米所，苏州纳米所现在已经完成一期和二期的建设，三期的建设正在进行。苏州纳米所位于苏州工业园区，现在有纳米测试平台、纳米架构平台、纳米生化平台，投资4亿多元，在新建设的研究所中还是发展速度比较快的。我们团队是刘立伟研究员2007年回国之后，最早在中国进行石墨烯研究的团队。从2008年的第一个工作，到2017年，我们分别开发了不同的制备方法，包括三维石墨烯等。现在已经发表了50多篇关于石墨烯的文章，承担了国家省市项目有30多项。通过10年来的积累，在石墨烯制备上及相关的应用有了一些丰富的积累。中科院苏州纳米所石墨烯团队2007年成立，进行了石墨烯一系列的制备方法的研究，开发了高质量制备石墨烯的方法，在2012年成立了苏州格瑞丰纳米科技公司，在2013年成立江南石墨烯研究院，实现了院所合作。

石墨烯这个性能大家提得非常多，要强调一点，石墨烯是一个二维的结构，但是是一个独特的二维结构，独特的二维结构决定了它优异的力、热、电的性能，同时又决定了它更广的潜在应用。看一组数据，从锂离子电池在国家大政策的支持下，到2016年的时候，中国锂离子电池的产量道路60GWh，产值突破千亿，2016年中国动力电池产量占了一半，达到30.8GWh，但是到2020年电池的单体能量密度要达到300WH每公斤，系统达到260WH每公斤。面对能量密度提升的条件下，需要进行相关的开发，才能达到这些指标。通过我们一直以来的研究，我们觉得石墨烯在锂离子电池上的应用大概可以分成这4个方面，一个是作为正极活性材料，当然这是可能提到石墨烯电池的概念，但是它现在应该是处于一个科研或者研发的一个阶段。另外一个的话石墨烯作为负极的处理材料。我们团队也在2013年有一个纯的石墨烯的工作，容量可以达到700毫安时每克，离实际应用有一定的距离。作为活性材料的导电添加剂，比亚迪等龙头企业已经有规模化的引入了。所以说石墨烯作为导电添加剂应该是一个重要的突破。第4个方面作为集流体的导电涂层，有一些企业现在也在规模化做这方面的事情。我们可以看一下现在三大类主要的导电剂，一个是SP点状的纳米结构，一种是碳纳米管，SP现在成本比较低，填充形式是以点对点的空隙的填充的形式，而碳纳米管的话是一维的材料，和活性材料是线对点的接触。而石墨烯是二维材料，它和活性材料是面对面的，有一个贴合包袱的作用。不同的导电剂的结构不一样，到目前为止还不能说谁取代说，可能会实现共同存在的现状。

通过少量添加构成高效的导电网络，石墨烯是现在一种新型的锂离子电池导电剂。通过这么多年石墨烯技术的开发，我们在2012年成立了苏州格瑞丰纳米科技有限公司，这个技术是从苏州纳米所转化、孵化的。我们也得到了两家上市企业及苏州园区政府投资入股，现在研发团队是以5名博士为核心近20人的研发队伍。品牌产品为高质量薄层石墨烯及其油性、水性的导电浆料。格瑞丰一直倡导高质量薄层石墨烯作为品牌产品，所谓的高质量可以看到，我们石墨烯的缺陷和原料的缺陷达到一致，说明它高的晶化质量，而且通过粉末电阻率和石墨块材的电阻率也是相当的。层数在1到6层，体现了高质量薄层的结构。另外，我们有超高纯度和洁净度。铁的话是小于10个PPM，其余的金属杂质小于5个PPM。100微米以上的磁性金属颗粒没有，50到100的金属磁性颗粒仅有2颗，体现了超高的纯度和洁净度，以及锂电应用上的匹配。

为了适应锂电池的使用，石墨烯粉体本身是团聚体，锂电池很难进行分散，所以我们也在后期进行了石墨烯分散工艺的开发，也实现了薄层石墨烯的高效分散，形成了薄层石墨烯的导电浆料。目前的话，高质量薄层石墨烯在我们格瑞丰这个公司有2款产品、3个应用方向。一个是作为高质量锂电薄层石墨烯导电浆料，另一个高质量薄层石墨烯水性导电浆料，另外可以做涂层铝箔浆料辅助的添加，这三个方向。第一款产品是薄层石墨烯油性的锂电浆料，可以用到所有的正极材料。另外我们做了软包，用4%的LFP的对比，发现还是有一定的优势。另外在高温性能存储上，比4%的石墨烯有优势。第二款产品是高质量薄层石墨烯水性的导电浆料，这个是应用到锂电材料的制备。如果我们制备材料的时候加到里面去，在后期浆料制备过程就可以少添加一些导电剂，因为导电剂本身会消化很多连接剂，所以连接剂的添加也会减少，所以想做前驱体的导电浆料的添加剂。首先我们将前驱体浆料和石墨烯浆料进行复合。第三个产品是高质量薄层石墨烯水性导电浆料，但是我们希望添加到涂层铝箔浆料中去，可以降低电池的内阻，提高电池的倍率容量。我们发现将我们的石墨烯浆料添加到涂层铝箔浆料之后，发现一个很重要的特征就是，剥离强度有一个明显的提升，内阻也有降低，电池倍率容量也有一定的提升。

龙头企业就是CSTL，他们有电池制造理念的五大黄金法则，卓越的性能、低成本、清洁制造、安全、长寿命，我相信石墨烯都会对这五大法则做出贡献。我阐述一下自己的观点，我觉得石墨烯作为正极活性材料，还是需要研发突破，现在可能存在于科研概念的阶段，但是也不是没有可能。另一个石墨烯作为导电剂的市场份额有较大的提升空间。石墨烯与传统导电剂的复合是一个理想的选择，石墨烯与锂电企业的磨合，因为锂电池这个材料是不同厂家生产的，材料的特点特性都不一样，必须要和某一款特性的材料进行多次的磨合匹配，才能真正实现石墨烯的锂电的应用。另外，石墨烯浆料、粉体应用的产业链也有望突破形成。谢谢大家！

主持人：感谢李博士的报告。大家有没有问题，可以提几个。如果没有问题，大家可以茶歇5到10分钟，然后欢迎大家再回来，后面的报告更精彩，谢谢各位！

（茶歇）

主持人：各位专家、各位来宾，我们开始第二场的报告。我们下一个报告是来自澳大利亚新南威尔士大学高级讲师王大伟博士，他主要研究先进能源材料和新型能源技术，2009年到2013年在澳大利亚昆士兰大学从事博士后研究，2014年起任职于新南威尔士大学，获得了一系列称号，发表文章近百篇。这次他带来的报告是二维杂化石墨烯及高密度电容储能。有请王博士。

王大伟：今天给大家带来的题目因为咱们是石墨烯大会，所以贴近了一下石墨烯，我们的重点不在于石墨烯，我的重点在于杂化。我们这个学校和共和国同龄，建于1949年，在校生5万多名，大概30%是国际学生，包括非常多的从中国来的学生。同时我们学校最近几年投入了10多亿人民币，建设了很多的设施以及大楼。我们还设立了中国在海外的第一所，也是目前为止唯一一所火炬创新园区，这个园区有很多我校研发的技术，在澳洲产生了良性的产学研的平台。我们希望通过这个平台，介绍一下我们自己的工作，拓展企业和学校的合作关系。

我来自新南威尔士大学的化学工程系，我们系在国际上排名还比较高，我们在澳洲排第一名，我个人持保留意见。我们整个系的研究，除了在新能源方面，还包括医药、环保、水处理等各方面，涵盖内容比较广。目前整个系的老师大概只有不到30名，28名左右，这个体量的话放在国内很多研究院的话非常小，大概一个科技组的尺度。我的研究组来自于颗粒与催化研究组，在这个组我们目前有正式的教职员工大概有4名，同时大概有5到7名的博士后，另外有30到40名的博士研究生，包括硕士研究生。我们目前研究在三个方面，能源储存、能源转化、环境保护，在这些方面我们重点是从材料的设计出发，但是因为我们是一个工程学科，所以不一定以材料为最终的目标，如果这个材料应用潜力非常好的话，我们希望把它制备成一些器件、系统，向产业化进一步的发展。

今天想给大家分享的一些最近的研究成果，主要是超级电容器，我们知道石墨烯具有非常高的比表面积，比表面积对超级电容器是一个重要的因素。任何硬币都是有两面，当石墨烯比表面积非常高的时候，会带来消耗很多的储能密度。在这样的影响下，如何使用石墨烯实现致密化储能，同时不去损失过多储能密度。如果解决这个问题，首先我们要知道超级电容器可以基于哪些机制来储能，第一种是非常传统的双电层机制，一种材料就是活性炭材料，是普遍使用的材料，密度也很低，质量比、容量比比较高，但是体积效果会差。第二种是非碳材料，第三类就是半导体氧化物体内的嵌入，嵌入的话可以有效利用所有原子。如果我们能够在石墨烯的材料上面实现第三类的储能机制的话，我们就可以把石墨烯密度做得非常低，但是我可以实现所有碳原子的储能。所以我们想了一个问题，石墨烯已经非常流行，但是石墨烯目前的应用，我个人觉得在大量的应用上面还是受到局限。所以说如何能够在石墨烯基础上进行改进，或者是说利用石墨烯基本的理论，我们从别的途径制造一些类石墨烯的材料，我们是不是可以解决我们刚才说的问题？目前其实已经有一些非常经典的工作，报道了这方面的进展，比较典型的就是由澳大利亚蒙纳士大学的李兰教授还有国内天津大学杨全红教授，报道的致密化石墨烯材料。在今年美国加州大学也报道复合化石墨烯电极。石墨烯材料通过致密化之后可以得到大幅度的提升，这说明石墨烯的致密化非常有效。但是需要提到一点是，石墨烯本身归结后很有可能会回到石墨原始的3、4个层间距，这个层间距对电杂质没有问题，对电容器来说是非常致密的。如何实现一种永久性的致密化还是一个悬而未决的问题。

我们通过一些简单的方法，制备出来二维杂化石墨烯材料，这个石墨烯材料大家可以看到是一种层装结构，我们用原子显微镜最终可以看到它是2纳米的片层，它的层间距大概是在1个纳米左右，因为它是一种密集堆积的结构，可以实现高密度的杂化石墨烯的系统。在这样一个系统里面，我们如果总结的话大概有4个点，第一点，我们是把石墨烯组装在一起，把石墨烯各种组装用无机的单元实现永久固化的组装，这种组装就避免石墨烯在归结过程中向石墨的转变。第二我们的密度可以达到1.8-2g每立方厘米，是石墨烯的4倍。那么它的储能机制怎样呢？在右下图，我们可以看到五角星那条线是我们的技术，之后还有一些比较好的石墨烯技术，那么黑色是活性碳的技术，基本上比活性炭高一个数量级，比石墨烯大概高2倍左右，说明我们的策略还是成功了。为什么它会这么好？因为在这个材料里面依然有一个导电的单元，再一点它这种层状结构保证了离子快速嵌入和脱出，合二而一才能找到我们能量密度和功率密度的非常好的双重性能。

刚才说的是材料，材料到器件其实有非常多的挑战和问题所在。从一个实验室测试性能到企业产品最终测试的性能，其中里面有一个非常重要的因素，不管锂电池还是超级电容器，电池单载量非常重要，因为活性物质是所有电池里面唯一能够储能的物质，所有其他的外包装、隔膜等都是惰性物质，占的比例越高，整体器件性能就越差。高载量电极如何制备以及它的最终性能会如何？我们做一个非常大和非常小的单载量，比如0.2毫克每立方厘米和20毫克每平方厘米，如果假设集流体是同样的一个错误，那么最后对于这种红色的柱子单载量高，可以达到80%-90%这样一个材料的性能，体现到器件里面，如果单载量非常低的话，可以得到非常好的材料性能，器件性能只有10%左右，甚至更低。从非常简单的对比我们可以看到，如果把材料做到可用器件上，我们必须要实现高载量密度。灰色曲线是锂电池薄膜的性能。我们材料做成一个器件可以达到23毫克每平方厘米，基本上与电池的单载量是相当的。红色的是材料的性能，蓝色的是器件的性能。我们可以看到这个器件能量密度的范围和锂离子电池差不多，但是功率性能上，因为它是超级电容器，所以它是锂电池的100倍左右。也就是说，你用这个器件可以得到100倍的功率，但是同时有很好的能量保持率。这个性能在目前的超级电容器里面是好还是不好。除了graphene之外，咱们知道美国的drexel大学有个教授叫Yury Gogotsi，他们最近报道一个叫MXene，这个MXene其实也是一种非常著名的二维材料，这个二维材料最大的特点就是导电性很好、密度很高，它被认为是非常适合高密度储能的材料。我们对比了一下，这里只是概念的对比，可以看到我们是有办法在器件设计上最终实现一个更好的改进。所以最终的结果就是说，我们这个材料不仅结构比较轻，性能比活性炭高出一个数量级，同时还能满足工业化生产上电机的要求。

从这个材料出发我们还可以做什么？因为这个材料体积密度、体积容量非常高，所以我们就在想能不能把它做到薄膜的器件上去？我们这个材料可以通过非常简单的室温进行加工，可以在任何的机理上进行使用。

今天大概想传达两个我们研究的体会，第一点，我们能够做出来一种密度比较高的二维材料，可以称之为二维杂化石墨烯，密度大概是石墨烯4到5倍左右。第二，利用这个材料，我们可以实现更高的器件的载量密度和体积密度。谢谢各位！

主持人：谢谢王博士的精彩报告。大家有问题可以提出来。

问题：你们的玻璃薄膜生长和刘东办（现场嘉宾提问，音）老师他们的一样吗？

王大伟：应该不一样，他们常温常压做不了，我们可以做。

问题：导电性一样吗？