綿陽一鼎新材料技術(shù)有限公司成功研制電化學真空石墨烯剝離生產(chǎn)技術(shù)及其創(chuàng)新型設備

本刊記者曹福成報道：董事長周興明率玉溪銫銣科技和綿陽一鼎新材料技術(shù)兩個有限公司通過超真空分子蒸餾法分離提純技術(shù)獲得超純金屬，研制電化學真空石墨烯剝離生產(chǎn)技術(shù)及其創(chuàng)新型設備獲得成功，為我國國防和工業(yè)建設作出重要貢獻。

玉溪銫銣科技和綿陽一鼎新材料技術(shù)兩個有限公司是有著國資背景的股份制企業(yè)，專業(yè)從事超高純堿金屬及堿土金屬生產(chǎn)和應用研發(fā)，公司專業(yè)技術(shù)打破長期以來國外壟斷局面，在該領域已躋身全球前列。

公司創(chuàng)始人董事長周興明、副總經(jīng)理王勝龍帶領的全明星科研陣容擁有中國壟斷核心技術(shù)，潛心研發(fā)出全中國唯一的超純金屬提純配套設備及產(chǎn)品的應用。成功通過超純金屬超真空分子蒸餾法等分離提純技術(shù)獲得品質(zhì)達到世界級的超高純氧化鈹、金屬銫、金屬銣、鋰同位素等高端前沿軍工材料的生產(chǎn)和應用研發(fā)。高純度新材料在對技術(shù)苛刻的國防軍品、航空航天、武器裝備、5G通訊及空間技術(shù)市場一克難求。

一、綿陽一鼎新材料技術(shù)有限公司自主研發(fā)中國首臺套磁流體發(fā)電堿金屬精確注入系統(tǒng)

隨著功能金屬材料的市場應用，綿陽一鼎憑借團隊科研實力，拓展研發(fā)出全國首臺套磁流體發(fā)電堿金屬精確注入系統(tǒng)。完成并研發(fā)全國首臺套原子鐘（量子頻標）堿金屬高精度注入及封裝系統(tǒng)。系統(tǒng)的研制成功，使我國在空間飛行器的在軌時間、推進速度、使用年限及時間頻率有了重大提升，為國家國防安全、軍工、導航、通訊等提供了強有力的保障。

二、綿陽一鼎新材料技術(shù)有限公司自主研發(fā)成功石墨烯電化學剝離系統(tǒng)設備

石墨烯由于有諸多獨一無二的特性，在自然界中最薄、最結(jié)實，導電性極好，因此在材料學、微納加工、能源、生物醫(yī)學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料，在工業(yè)領域中幾乎無所不能。

我國石墨資源豐富，價格低廉。正是看到了石墨烯的應用前景，綿陽一鼎新材料技術(shù)有限公司于2020年建立石墨烯相關(guān)技術(shù)研發(fā)中心，嘗試使石墨烯商業(yè)化。進而在工業(yè)、技術(shù)和電子相關(guān)領域獲得潛在的應用專利，設立專項研發(fā)資金，致力開拓國內(nèi)市場。爭取未來3年內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)值人民幣12億元。

為了從石墨中剝離出高純度的石墨烯，玉溪銫銣科技和綿陽一鼎新材料技術(shù)公司自主研發(fā)的石墨烯設備屬于電化學剝離系統(tǒng)（見下圖），每臺設備年產(chǎn)50噸高端石墨烯粉。中性電解液中剝離，產(chǎn)量高，一次性剝離80%為單層（2nm以下，6層以內(nèi)）片徑5～15um。石墨烯粉固定碳含量為99.99%，該工藝路線短，原材料來源廣，過程工藝平穩(wěn)可控，生產(chǎn)過程不產(chǎn)生水污染。該系統(tǒng)已獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的3個發(fā)明專利和6個新型實用專利。

1.主要設備：電解電源、電解池、液體循環(huán)泵、電化學感應探頭、循水池；2.石墨板連接電極，置入電解池；3.循環(huán)水池中加入去離子水 2000/L，同時加 0.1mol/L（NH4）2SO4+H2O并開啟循環(huán)水池攪拌裝置；4.啟動液體循環(huán)泵，待液面達到平衡；5.啟動電解電源，觀察電解電源儀表；6.設置電壓5V、電流 3000A、pH5.5；7.過程中經(jīng)常關(guān)注水溫不超45℃；8.觀察陽極板全部剝脫落，電解周期完成；9.換入新的極板，剝離工藝繼續(xù)進行；10.剝離完成后的漿料進行真空過濾，過濾后液返回貯罐，循環(huán)使用，濾渣轉(zhuǎn)入下步工序進行超聲波分散剝離。

整個系統(tǒng)是全自動控制，閉環(huán)式剝離。該系統(tǒng)僅由4人便可完成從填料、剝離、烘干、包裝等整個工藝中的工序，生產(chǎn)工藝清潔、環(huán)保。這套系統(tǒng)的設計制造為國家填補了電化工剝離的空白。

三、玉溪銫銣科技和綿陽一鼎新材料技術(shù)公司在石墨烯研究開發(fā)上具有獨特技術(shù)優(yōu)勢

公司優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：年產(chǎn)30t高端石墨烯生產(chǎn)線已布局完成并進入生產(chǎn)狀態(tài)。生產(chǎn)產(chǎn)品經(jīng)權(quán)威部門檢測，石墨烯單層率85%，比表面積30～50um，純度≥99.99%。該項獲得國家發(fā)明專利3項，新型實用專利6項。該產(chǎn)品非常適合用于超級電容儲能、全固態(tài)鋰電池負極材料的二元包覆、聚丙烯腈石墨烯復合材料（碳纖維）、高端電子產(chǎn)品的導電導熱、高端油墨等。利用自身高端石墨烯產(chǎn)品優(yōu)勢，公司現(xiàn)與西安電子科技大學張彥民博導團隊的超級電容項目，西北工業(yè)大學李煥勇博導團隊的聚丙烯腈石墨烯復合材料（碳纖維）項目正在研發(fā)。公司自產(chǎn)高能動力鋰電池硅覆石墨烯已通過論證，生產(chǎn)原料正與西安交通大學汪敏強博導團隊、陜西理工大學李樂博導團隊、西安建大馬博士團隊進行全固態(tài)鋰電的制作、封裝、充放電實驗。經(jīng)370 次充放電，衰減 5%。充電時間按現(xiàn)有鋰電加速50%，儲能620wh/kg。

目前，石墨烯已廣泛應用于基礎研究、傳感器、晶體管、柔性顯示屏、新能源電池、海水淡化、儲氫材料、航空航天、感光元件、復合材料、生物等諸多領域。中國石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟預計，2020年石墨烯產(chǎn)業(yè)化規(guī)模將取得突破，全球石墨烯材料市場將達1000億元，分布在新能源、電子信息、復合材料、節(jié)能環(huán)保、熱管理、生物醫(yī)藥等各領域。據(jù)悉，未來10年內(nèi)，石墨烯主要作為改性材料來提高傳統(tǒng)材料與功能器件的性能，主要應用領域包括動力電池/超級電容、防腐涂料、改性化纖、改性橡塑材料和導熱散熱材料等，其價值在于支撐傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級換代。未來10～20 年，石墨烯將在柔性電子產(chǎn)業(yè)領域發(fā)揮關(guān)鍵作用，在柔性顯示、柔性傳感、可穿戴設備等領域催生變革性技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)，石墨烯作為下一代高頻晶體管核心材料的技術(shù)將走向成熟，由此在電子信息技術(shù)領域勢必引發(fā)顛覆。

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