2015年12月27日,2015年第二次全國石墨烯標準化工作會議暨四項石墨烯標準編制研討會在上海市召開。本次會議由中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟標準化委員會秘書處主辦,特別邀請的技術顧問以及標準編制工作組人員等近40人參加了會議。
會議現場
研討會由中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟標準化委員會秘書長梁錚主持。研討的四項石墨烯標準分別是WG03CGS/WT007-2014《原子吸收分光光度計法測定石墨烯中鉀、鈉、錳和鐵含量》、WG03CGS/WT008-2014《高碘酸鉀分光光度計法測定氧化石墨烯中錳含量》、WG03CGS/WT005-2015《石墨烯中非金屬元素分析》、WG03CGS/WT009-2015《雙光探測器測試系統判定石墨烯的光飽和吸收的方法》。進行標準編制情況介紹的是各工作組組長單位,中國科學院山西煤炭化學研究所、濟寧利特納米技術有限責任公司、蘇州大學,其中,中國科學院山西煤炭化學研究所承擔了WG03CGS/WT007和WG03CGS/WT005-2015兩項標準的編制工作。
在石墨烯規?;a過程中,由于各種原因向材料中引入了鉀、鈉、錳、鐵等離子,這些雜質離子的殘余量直接影響石墨烯的使用性能。精確測量、合理控制石墨烯中這些離子的含量,可以提高產品的純度,進而提高氧化石墨烯產品的性能。而原子吸收光譜是目前微量輕金屬元素分析的有力工具,在活性炭、炭黑、煤炭等工業領域已成為標準分析方法。該方法具有成本低廉、快速簡便、靈敏度高、分析范圍廣、抗干擾能力強及精密度高等特點,可有效測定石墨烯中鉀、鈉、錳、鐵含量。當然,本次研討的標準中,既有上面提到的適用于各種石墨烯材料、多種離子檢測的通用方法,也有針對某一具體材料、單一離子檢測的標準方法,如利用高碘酸鉀分光光度計法測定氧化石墨烯中錳含量。
石墨烯制備過程中還可能引入非金屬元素碳、氫、氮、硫、氧等,這些元素的含量控制是制備石墨烯的一個重要技術指標,其含量的多少將直接影響其最終產品的二次加工和應用。而元素分析儀法是一種精確測試材料體相氧含量的方法,適用于工業化檢測。該方法因其自動化程度高、方法簡便迅速、測試效率高、結果準確可靠等優點,在活性炭、碳纖維、巖石、煤炭等工業領域發揮著重大作用,并已成為一種常規檢測炭材料體相氧含量的重要手段。所以,《石墨烯中非金屬元素分析》標準方法中采用了元素分析儀法測定石墨烯材料中碳、氫、氮、硫、氧的含量。
石墨烯是一種性能優異的光學材料,其較好的非線性飽和吸收性質在脈沖激光器件領域如鎖模激光器和調Q激光器等具有重要的應用。目前,石墨烯的飽和吸收體或者器件的性能評估標準還不統一,不同的研究機構或者單位有不同的提法。所以,此次研討的標準之一提出的“雙光探測器測試系統判定石墨烯的光飽和吸收的方法”是一種實用而且獲得廣泛認可的測試方法,能夠準確有效地評估石墨烯作為飽和吸收體的非線性光學性質,同時可判定其在激光器件應用方面的性能。
在此次標準編制研討會之前,各工作組都將標準草案進行了廣泛的征集意見,每項標準都收集到了數十條意見反饋,工作組也認真負責的進行了調研考證,給予了采納或未采納的原因說明。而且在研討會現場各位與會的專家也積極的提出意見,進行了熱烈的討論。就像中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟標準化委員會秘書長梁錚所說的,制定標準是大家的事情。據了解,這四項標準中有的從立項到現在已經有1年的時間了,工作組進行了大量的、辛苦的工作;然而,項目經費確是工作組自籌資金。
接下來,讓我們來了解下如今“炙手可熱”的石墨烯。
因成功從石墨中剝離出只有一個原子厚度的二維材料石墨烯,英國曼徹斯特大學教授安德烈·海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫獲得了2010年諾貝爾獎。石墨烯具有非常好的導熱性、電導性、透光性,而且具有高強度、超輕薄、超大比表面積等特性,廣泛應用于鋰離子電池電極材料、太陽能電池電極材料、薄膜晶體管制備、傳感器、半導體器件、復合材料制備、透明顯示觸摸屏、透明電極等方面。石墨烯被稱為“黑金”,是“新材料之王”,科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。
國家層面非常重視、支持石墨烯產業發展。
2014年12月13日,中共中央總書記,國家主席習近平赴江蘇高新技術產業研究院調研,對石墨烯產業寄予厚望。2015年11月30日,工信部、發改委和科技部等三部委聯合發布《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》,欲在2020年形成完善的石墨烯產業體系,實現石墨烯材料標準化、系列化和低成本化,在多領域實現規?;瘧谩4饲?,《中國制造2025》重點領域技術路線圖明確了石墨烯的技術發展路徑,稱石墨烯可極大推動相關產業的快速發展和升級換代,市場前景巨大,有望催生千億元人民幣的產業規模。
日前,中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟首次發布了《2015全球石墨烯產業研究報告》,報告統計,2013年全球石墨烯市場規模約為1250萬美元,并預計2020年石墨烯的市場規模將達到1.2億美元。
中國石墨烯科研和產業應用總體發展水平如何呢?
從研究水平來看,我國自2008年開始由科技部和國家自然科學基金委陸續對石墨烯基礎研究進行支持。自2012年開始,我國在石墨烯論文和專利方面居全球首位;截至2015年初全球逾2.5萬件石墨烯應用專利申請中,近1/3來自中國。2015年6月,一則關于“光動”飛行的新聞引起了廣泛關注,南開大學科研團隊研制一種特殊石墨烯材料,可在包括太陽光在內的各種光源照射下驅動飛行,這是迄今為止科學界第一次用光推動宏觀物體并實現宏觀驅動,充分展示了中國石墨烯科研實力和推動應用潛力。從產業發展情況來看,目前,我國石墨烯企業超過100家,并在常州、無錫、青島、深圳等地形成了產業集群。
綜上可見,中國石墨烯產業發展迎來了春天。但是中國目前石墨烯產業發展仍然存在技術轉化能力弱、生產成本比較高、標準化建設滯后、產業化應用路徑長等問題。而且,近年來出現的上游強下游弱、重科研輕應用、噱頭多實干少等問題嚴重阻礙了產業發展。
隨著石墨烯產業化進程的加快,標準化工作的重要性和緊迫性越來越突出。
標準化對于石墨烯產業發展具有服務、支撐和引領作用。推進標準化有利于促進石墨烯產業的規范化、規?;统掷m健康發展。
2015年 2 月李克強總理在主持召開國務院常務會議時指出:鼓勵學會、協會、商會和產業技術聯盟等制定發布滿足市場和創新需要的團體標準,選擇部分領域開展試點。其實,為了適應我國石墨烯產業發展的狀況,2013年初的時候,中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟即組建了標準化委員會,率先組織開展和引領了多項標準制定工作。而且,2015年初,國標委立項的首批四項石墨烯國家標準全部由中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟標準化委員會委員單位牽頭起草,四項標準包括“石墨烯材料的名詞術語與定義”、“石墨烯層數測定掃描探針顯微鏡法”、“光學法測定石墨烯層數”、“拉曼光譜法表征石墨烯層數”。
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