石(shi)墨烯(xi)（Graphene）具有(you)(you)優異的(de)(de)(de)光學(xue)、電學(xue)、力(li)學(xue)特(te)性(xing)，被(bei)認(ren)為是一種未來革命性(xing)的(de)(de)(de)功能(neng)/結構(gou)材(cai)料(liao)，在(zai)能(neng)源(yuan)環境、生物醫療、電子器件(jian)、化(hua)工和(he)航空航天等(deng)(deng)多方(fang)面(mian)具有(you)(you)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)應用。采用射頻感應加(jia)熱(re)(re)(re)和(he)微波加(jia)熱(re)(re)(re)等(deng)(deng)離(li)子體(ti)制備(bei)石(shi)墨烯(xi)能(neng)耗高(gao)，難以工業化(hua)應用。熱(re)(re)(re)等(deng)(deng)離(li)子體(ti)熱(re)(re)(re)解碳氫(qing)化(hua)合(he)物合(he)成(cheng)石(shi)墨烯(xi)，由于(yu)等(deng)(deng)離(li)子體(ti)電導(dao)率(lv)(lv)隨著溫度增加(jia)迅速(su)(su)上升，導(dao)致電弧(hu)自動收(shou)縮到(dao)很小的(de)(de)(de)范圍(wei)，對(dui)于(yu)合(he)成(cheng)石(shi)墨烯(xi)要(yao)求的(de)(de)(de)毫秒級(ji)反(fan)應時間(jian)，難以實現(xian)均(jun)勻加(jia)熱(re)(re)(re)，產品均(jun)勻性(xing)差(cha)，能(neng)耗高(gao)。采用課題組研制的(de)(de)(de)磁分散電弧(hu)產生大面(mian)積(ji)均(jun)勻等(deng)(deng)離(li)子體(ti)的(de)(de)(de)技術，解決了(le)等(deng)(deng)離(li)子體(ti)對(dui)物料(liao)快速(su)(su)均(jun)勻加(jia)熱(re)(re)(re)問題。所制備(bei)的(de)(de)(de)石(shi)墨烯(xi)平(ping)面(mian)尺寸50-300nm，層(ceng)數2-5層(ceng)，表現(xian)出良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)晶體(ti)結構(gou)和(he)超大的(de)(de)(de)比表面(mian)積(ji)，產品均(jun)勻性(xing)好(hao)(hao)；制備(bei)方(fang)法及設(she)備(bei)簡單，一步合(he)成(cheng)，無需還(huan)原(yuan)，且無需基底、催化(hua)劑、溶液或酸，收(shou)率(lv)(lv)高(gao)約(yue)(yue)（~14%），能(neng)耗低約(yue)(yue)~0.4kW·h/g，成(cheng)本低，具備(bei)實現(xian)低成(cheng)本大規模連(lian)續生產的(de)(de)(de)前景(jing)。

不同模式電弧(hu)CCD圖像與石墨烯樣品(pin)檢(jian)測結果

研究工(gong)作探究了(le)等離(li)子參(can)數、原料氣體(ti)組成(cheng)與納米(mi)石墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)形態、層數及(ji)缺陷之間的關系，同時(shi)揭示了(le)產生高純度(du)石墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)需要工(gong)藝條件。結合等離(li)子體(ti)反應(ying)(ying)器(qi)流(liu)場溫度(du)場的數值模擬和化學反應(ying)(ying)動力學計算，提出石墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)可(ke)能的形成(cheng)機(ji)(ji)理：低(di)碰撞頻率的成(cheng)核前(qian)驅體(ti)有利于(yu)形成(cheng)片(pian)層（sheet-like）核心，并(bing)在富氫和高溫的等離(li)子體(ti)環境中保持平面生長。石墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)形成(cheng)機(ji)(ji)理的闡(chan)明(ming)，為產品生產控(kong)制提供了(le)理論(lun)指導。

團隊(dui)王(wang)(wang)城特聘副研(yan)究員(yuan)和博士生(sheng)陳仙輝分別為兩(liang)篇論文(wen)的第一作(zuo)者(zhe)，夏維東教(jiao)授(shou)為兩(liang)篇論文(wen)的通訊作(zuo)者(zhe)，王(wang)(wang)城特聘副研(yan)究員(yuan)和葉(xie)桃紅副教(jiao)授(shou)分別為兩(liang)篇論文(wen)共同通訊作(zuo)者(zhe)。本項目獲得國家自然(ran)科學(xue)基金(jin)委(wei)和中國科學(xue)院儀器專(zhuan)項基金(jin)的資助(zhu)。

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