石墨烯材料及其復合材料是國家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟、國防建設(shè)和社會生活的各個領(lǐng)域。作為全球熱門的前沿材料，我國石墨烯材料正處于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的起跑線上。

科技日報記者5月7日從內(nèi)蒙古赤峰市科技局獲悉，一種采用自主新技術(shù)制備的磁性石墨烯，在內(nèi)蒙古科技成果轉(zhuǎn)化項目的支持下進入了產(chǎn)業(yè)化開發(fā)階段。項目采用高效可控的制備方法合成新材料，突破了產(chǎn)業(yè)化制備高性能磁性石墨烯復合物材料的技術(shù)瓶頸，填補了我國磁性石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)空白。

新技術(shù)讓石墨烯有了磁性

隨著科技的發(fā)展和市場需求的拓寬，市場上現(xiàn)有的石墨烯材料已經(jīng)無法滿足一些領(lǐng)域的需求，亟待開發(fā)一些新興的石墨烯復合材料。

“石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵和難點是相關(guān)材料的制備與轉(zhuǎn)移技術(shù)。”該磁性石墨烯項目承接單位、內(nèi)蒙古元瓷新材料科技有限公司(以下簡稱元瓷新材料)副總經(jīng)理李雙軍介紹，2016年企業(yè)研發(fā)團隊與哈爾濱工業(yè)大學化工與化學學院開始密切合作，共同研發(fā)磁性石墨烯的制備工藝。

研發(fā)團隊通過對材料、性能和生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新，使磁性粒子負載在石墨烯表面，創(chuàng)造了以石墨烯為基體、集磁性與電性能于一體的多功能復合材料。

“磁性粒子負載在石墨烯表面，實現(xiàn)兩種不同功能的組元之間可控組裝并緊密結(jié)合在一起，構(gòu)成一體化功能復合材料。在發(fā)揮各自功能的基礎(chǔ)上互補，創(chuàng)造出以石墨烯為基體的磁性材料。”李雙軍告訴記者，磁性石墨烯獲得了內(nèi)蒙古自治區(qū)2020年新材料首批認定，有望在電磁屏蔽和電磁波調(diào)制、國防軍工、新能源應(yīng)用等領(lǐng)域發(fā)揮廣闊應(yīng)用前景。

制備工藝實現(xiàn)材料綠色高產(chǎn)

據(jù)李雙軍介紹，傳統(tǒng)獲取磁性石墨烯材料的技術(shù)主要有兩種途徑，一種是將鐵、鈷、鎳等磁性材料與碳材料物理混合，這種物理混料方式產(chǎn)生的復合材料，很容易發(fā)生分離，不能發(fā)揮預(yù)想的作用。另一種是采用多種原材料在有機溶劑中裂解和復合的化學方式制備，產(chǎn)品在液相中形成，需要經(jīng)過多次水洗和復雜的分離步驟才能完成，對環(huán)保和資源利用造成巨大的壓力。

為了克服上述工藝的缺點，研發(fā)團隊不斷優(yōu)化工藝技術(shù)，創(chuàng)新研發(fā)出磁性石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)制備平臺。通過該制備平臺產(chǎn)出的磁性石墨烯材料，其尺寸、參數(shù)指標、生產(chǎn)可靠性、穩(wěn)定性等方面都達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

據(jù)了解，該智能化制備平臺在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了自動化控制與管理，整個過程不排放廢液、廢渣，合成的粉體純度高，不需要二次純化步驟，原料利用率接近100%。

2019年，元瓷新材料承擔了自治區(qū)科技成果轉(zhuǎn)化項目“磁性石墨烯材料產(chǎn)業(yè)化建設(shè)”。在完善磁性石墨烯生產(chǎn)線基礎(chǔ)上，項目團隊進一步優(yōu)化工藝，下一步有望實現(xiàn)年產(chǎn)10噸的中試目標。李雙軍表示，由于我國磁性石墨烯材料基礎(chǔ)研究發(fā)展迅速但產(chǎn)業(yè)化未能同步發(fā)展，推動磁性石墨烯的工業(yè)化生產(chǎn)具有積極意義。

“磁性石墨烯材料產(chǎn)業(yè)化建設(shè)”項目解決了電磁防護、水與土壤污染治理、新能源電池、儲能器件等多領(lǐng)域應(yīng)用問題，系統(tǒng)構(gòu)建了制備平臺功能體系，打造出人、機、物全面互聯(lián)的新型基礎(chǔ)設(shè)施。該技術(shù)的突破使我國磁性石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化成為可能，將打破國外磁性石墨烯相關(guān)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)壟斷的格局，大大提高我國石墨烯產(chǎn)品的國際市場競爭力。