石(shi)墨(mo)烯（Graphene）具(ju)(ju)有優(you)異的光(guang)學、電(dian)(dian)學、力學特性(xing)(xing)，被認(ren)為是(shi)一(yi)種(zhong)未(wei)來革命性(xing)(xing)的功能(neng)/結構材(cai)料(liao)，在(zai)能(neng)源(yuan)環境、生物(wu)醫療、電(dian)(dian)子器(qi)件(jian)、化(hua)工和(he)航空航天等(deng)(deng)多方(fang)面(mian)(mian)(mian)具(ju)(ju)有重要(yao)的應(ying)用。采(cai)用射頻感應(ying)加熱(re)和(he)微波(bo)加熱(re)等(deng)(deng)離(li)子體制(zhi)備(bei)(bei)石(shi)墨(mo)烯能(neng)耗(hao)高，難以工業化(hua)應(ying)用。熱(re)等(deng)(deng)離(li)子體熱(re)解碳氫化(hua)合物(wu)合成(cheng)石(shi)墨(mo)烯，由于等(deng)(deng)離(li)子體電(dian)(dian)導(dao)率(lv)(lv)隨著溫(wen)度(du)增加迅(xun)速(su)上升(sheng)，導(dao)致電(dian)(dian)弧(hu)自(zi)動(dong)收縮到很(hen)小的范圍，對(dui)于合成(cheng)石(shi)墨(mo)烯要(yao)求的毫秒級反應(ying)時(shi)間，難以實現(xian)均(jun)(jun)勻加熱(re)，產(chan)品(pin)(pin)均(jun)(jun)勻性(xing)(xing)差，能(neng)耗(hao)高。采(cai)用課(ke)題組(zu)研制(zhi)的磁分散電(dian)(dian)弧(hu)產(chan)生大(da)面(mian)(mian)(mian)積均(jun)(jun)勻等(deng)(deng)離(li)子體的技(ji)術，解決(jue)了等(deng)(deng)離(li)子體對(dui)物(wu)料(liao)快(kuai)速(su)均(jun)(jun)勻加熱(re)問題。所制(zhi)備(bei)(bei)的石(shi)墨(mo)烯平面(mian)(mian)(mian)尺寸50-300nm，層(ceng)數2-5層(ceng)，表(biao)現(xian)出良(liang)好的晶體結構和(he)超大(da)的比表(biao)面(mian)(mian)(mian)積，產(chan)品(pin)(pin)均(jun)(jun)勻性(xing)(xing)好；制(zhi)備(bei)(bei)方(fang)法及設備(bei)(bei)簡單，一(yi)步合成(cheng)，無(wu)需(xu)還原，且(qie)無(wu)需(xu)基底(di)、催化(hua)劑(ji)、溶液或酸，收率(lv)(lv)高約(yue)(yue)（~14%），能(neng)耗(hao)低約(yue)(yue)~0.4kW·h/g，成(cheng)本低，具(ju)(ju)備(bei)(bei)實現(xian)低成(cheng)本大(da)規模連(lian)續生產(chan)的前景。

不同模式電弧CCD圖像(xiang)與(yu)石墨烯樣品檢測(ce)結果

研究(jiu)工作探究(jiu)了等(deng)離子參(can)數(shu)、原料(liao)氣體(ti)(ti)組(zu)成(cheng)與納米石(shi)(shi)墨烯形態、層數(shu)及缺陷之間的(de)關系，同時揭示了產(chan)生高純度(du)(du)石(shi)(shi)墨烯需要(yao)工藝條件。結合等(deng)離子體(ti)(ti)反(fan)應器流場溫度(du)(du)場的(de)數(shu)值模擬和化(hua)學(xue)反(fan)應動力學(xue)計算(suan)，提出石(shi)(shi)墨烯可能的(de)形成(cheng)機(ji)理：低碰(peng)撞頻率的(de)成(cheng)核(he)前驅體(ti)(ti)有利于形成(cheng)片層（sheet-like）核(he)心，并在富氫和高溫的(de)等(deng)離子體(ti)(ti)環(huan)境中保(bao)持平(ping)面生長。石(shi)(shi)墨烯形成(cheng)機(ji)理的(de)闡明，為(wei)產(chan)品生產(chan)控制(zhi)提供(gong)了理論指導。

團隊(dui)王城(cheng)特聘(pin)(pin)副(fu)(fu)研究員和博士生(sheng)陳仙輝分別(bie)為(wei)兩篇(pian)(pian)論文(wen)的第一作者(zhe)，夏維東教授(shou)為(wei)兩篇(pian)(pian)論文(wen)的通訊作者(zhe)，王城(cheng)特聘(pin)(pin)副(fu)(fu)研究員和葉(xie)桃紅副(fu)(fu)教授(shou)分別(bie)為(wei)兩篇(pian)(pian)論文(wen)共同通訊作者(zhe)。本(ben)項(xiang)目(mu)獲得(de)國家自(zi)然(ran)科學基金(jin)委(wei)和中國科學院(yuan)儀器專項(xiang)基金(jin)的資助(zhu)。

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