石(shi)(shi)墨烯（Graphene）具(ju)有優異的(de)光學、電(dian)學、力學特(te)性，被認為是一(yi)種(zhong)未來(lai)革(ge)命性的(de)功(gong)能(neng)(neng)/結構材料(liao)，在能(neng)(neng)源(yuan)環境、生物醫療、電(dian)子(zi)器(qi)件、化(hua)工和(he)航空(kong)航天等多方面(mian)具(ju)有重要的(de)應(ying)用。采(cai)用射頻感應(ying)加(jia)熱和(he)微波加(jia)熱等離子(zi)體(ti)制備石(shi)(shi)墨烯能(neng)(neng)耗(hao)高，難以工業化(hua)應(ying)用。熱等離子(zi)體(ti)熱解碳氫化(hua)合物合成石(shi)(shi)墨烯，由于(yu)等離子(zi)體(ti)電(dian)導率隨著溫度增加(jia)迅速(su)(su)上(shang)升，導致電(dian)弧(hu)自(zi)動(dong)收縮到很小的(de)范圍，對于(yu)合成石(shi)(shi)墨烯要求的(de)毫秒(miao)級反(fan)應(ying)時間，難以實(shi)現均(jun)勻加(jia)熱，產(chan)品均(jun)勻性差(cha)，能(neng)(neng)耗(hao)高。采(cai)用課題組研制的(de)磁(ci)分散電(dian)弧(hu)產(chan)生大(da)(da)面(mian)積均(jun)勻等離子(zi)體(ti)的(de)技(ji)術，解決了等離子(zi)體(ti)對物料(liao)快速(su)(su)均(jun)勻加(jia)熱問題。所制備的(de)石(shi)(shi)墨烯平面(mian)尺寸50-300nm，層數2-5層，表(biao)現出(chu)良好的(de)晶體(ti)結構和(he)超(chao)大(da)(da)的(de)比表(biao)面(mian)積，產(chan)品均(jun)勻性好；制備方法及設(she)備簡單，一(yi)步合成，無需還(huan)原，且無需基底、催化(hua)劑、溶液或酸，收率高約(yue)（~14%），能(neng)(neng)耗(hao)低約(yue)~0.4kW·h/g，成本低，具(ju)備實(shi)現低成本大(da)(da)規模連續(xu)生產(chan)的(de)前景。

不(bu)同模式(shi)電弧CCD圖(tu)像與(yu)石墨烯樣品(pin)檢(jian)測結果

研究(jiu)工作探究(jiu)了等離子參數、原(yuan)料氣體(ti)組成與(yu)納米(mi)石墨(mo)烯形態、層(ceng)數及(ji)缺陷之間(jian)的(de)關(guan)系，同(tong)時揭示了產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)高純度石墨(mo)烯需要(yao)工藝條件。結合等離子體(ti)反應(ying)器(qi)流場(chang)溫度場(chang)的(de)數值模擬和化(hua)學反應(ying)動(dong)力學計算，提出石墨(mo)烯可能的(de)形成機(ji)理(li)：低碰撞(zhuang)頻率的(de)成核前(qian)驅體(ti)有利于形成片層(ceng)（sheet-like）核心，并在富氫和高溫的(de)等離子體(ti)環境中保(bao)持平面(mian)生(sheng)(sheng)長。石墨(mo)烯形成機(ji)理(li)的(de)闡明(ming)，為產(chan)(chan)品生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)控制提供(gong)了理(li)論指導。

團隊王城特聘(pin)副(fu)研(yan)究員和博士(shi)生(sheng)陳仙輝分(fen)別為(wei)(wei)(wei)兩篇論文的第一作者(zhe)(zhe)，夏(xia)維東教授(shou)為(wei)(wei)(wei)兩篇論文的通(tong)訊作者(zhe)(zhe)，王城特聘(pin)副(fu)研(yan)究員和葉桃紅副(fu)教授(shou)分(fen)別為(wei)(wei)(wei)兩篇論文共同通(tong)訊作者(zhe)(zhe)。本項目獲得國家自然科(ke)學(xue)基金(jin)委和中國科(ke)學(xue)院(yuan)儀(yi)器專項基金(jin)的資助。

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