中科大先研院孵化企业合肥碳艺科技有限公司与中国科大工程科学学院夏维东教授研究团队合作，就 “利用磁分散电弧产生大面积均匀热等离子体合成石墨烯”进行联合技术攻关，经过两年多的努力，攻关团队突破了热等离子体工艺或高能耗、或产品均匀性低和生产稳定性不足的技术瓶颈，有望实现石墨烯大规模连续生产。研究成果近期在碳材料顶尖期刊《Carbon》连续发表题为“Continuous synthesis of graphene nano-flakes by magnetically rotating arc at atmospheric pressure”和“The morphological transformation of carbon materials from nanospheres to graphene nanoflakes by thermal plasmas”的论文2篇。
石墨烯（Graphene）具有优异的光学、电学、力学特性，被认为是一种未来革命性的功能/结构材料，在能源环境、生物医疗、电子器件、化工和航空航天等多方面具有重要的应用。采用射频感应加热和微波加热等离子体制备石墨烯能耗高，难以工业化应用。热等离子体热解碳氢化合物合成石墨烯，由于等离子体电导率随着温度增加迅速上升，导致电弧自动收缩到很小的范围，对于合成石墨烯要求的毫秒级反应时间，难以实现均匀加热，产品均匀性差，能耗高。采用联合攻关研制的磁分散电弧产生大面积均匀等离子体的技术，解决了等离子体对物料快速均匀加热问题。所制备的石墨烯平面尺寸50-300nm，层数2-5 层，表现出良好的晶体结构和超大的比表面积，产品均匀性好；制备方法及设备简单，一步合成，无需还原，且无需基底、催化剂、溶液或酸，收率高约（~14%），能耗低约~0.4kW·h/g，成本低，具备实现低成本大规模连续生产的前景。
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图. 不同模式电弧CCD图像与石墨烯样品检测结果 |
