石墨烯因其优异的电学、热学和力学性能被誉为“新材料之王”,但粉体石墨烯的规模化制备及其分散难题长期制约着其产业化应用。北京石墨烯研究院宋雨晴团队聚焦液态化技术在蒙烯粉体材料制备中的创新应用,为高品质石墨烯粉体的连续化、低成本生产提供了新思路。
所谓液态化技术,最初源于化工领域的流态化工程,通过气体或液体介质使固体颗粒呈现类似流体的状态,从而强化传热传质与反应效率。宋雨晴团队将这一理念迁移至石墨烯粉体制备中,设计了一套液相辅助的蒙烯粉体制备工艺:以天然石墨或可膨胀石墨为原料,在特定液态介质中通过剪切、超声或电化学作用实现层间剥离,同时利用液态环境的均匀传质特性控制剥离程度,避免过度破碎,最终获得具有较高晶格完整性的蒙烯粉体。
与传统的气相剥离或固相研磨法相比,液态化技术具有三方面突出优势:其一,液相介质能够有效缓冲机械剪切力,降低石墨烯片层的缺陷密度,保证粉体的导电与导热性能;其二,液态体系便于实现连续进料与产物分离,易于放大生产规模;其三,通过调控液相组成(如添加分散剂或插层剂),可对粉体的表面化学性质进行原位修饰,提升其在复合材料中的分散性与界面结合力。
宋雨晴在近期研究中进一步优化了液态化工艺参数,包括液相介质的粘度、剪切速率、温度及固液比等,系统考察了这些因素对粉体粒度分布、比表面积和电导率的影响规律。实验结果表明,采用优化的液态化路径所制备的蒙烯粉体,其片层平均厚度可控制在3—5层以内,电导率保持在10^4 S/m以上,且产率较传统方法提升约30%以上。相关成果已申请多项发明专利,并初步应用于导电油墨和锂离子电池导电添加剂的验证测试。
面向宋雨晴团队计划将液态化技术与蒙烯粉体的功能化改性深度结合,开发面向不同应用场景的专用粉体牌号,同时探索与下游企业合作的连续化中试线建设。可以预见,液态化技术将为蒙烯粉体材料的规模化制备与高端应用打开新的空间,助力北京石墨烯研究院在石墨烯粉体工程化领域形成特色技术高地。