【開篇引言】
溫州對石墨烯-碳能源材料科學(xué)對先進能源材料與器件的前沿及熱點問題及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進行交流熱愛和探索：溫州市人民政府在召開每年一度2018年11月8-10日"世界溫州人"大會之后,，2018年11月11-14日召開"首屆中國·溫州碳能源材料高峰論壇暨2018年國際能源存儲與轉(zhuǎn)化功能材料大會"主辦單位：中共溫州市委、溫州市人民政府,、溫州大學(xué),，承辦單位：中共溫州市委人才工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室、溫州浙南科技城管委會,、甌海區(qū)人民政府,、溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，協(xié)辦單位：John Wiley & Sons Inc.出版集團,，支持單位：浙江省自然科學(xué)基金委,、北京理工大學(xué)、上海大學(xué)等組織企業(yè)參加“首屆中國·溫州碳能源材料高峰論壇暨2018年國際能源存儲與轉(zhuǎn)化功能材料大會”活動主旨：隨著傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭和生態(tài)環(huán)境的日益惡化,，大力發(fā)展清潔,、高效、安全的新能源已成為全球共識,。溫州大學(xué)在新能源材料方面具有好的專業(yè)基礎(chǔ)和影響力,，化學(xué)學(xué)科ESI連續(xù)6年進入全球大學(xué)和科研機構(gòu)的前1%，為推進能源新材料和新技術(shù)的交流合作,，共同就先進能源材料與器件的前沿和熱點問題及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進行交流對接,，溫州大學(xué)擬于2018年11月11日-14日在溫州召開2018年國際能源存儲與轉(zhuǎn)化功能材料大會暨首屆中國溫州碳能源材料高峰論壇，大會的主題是“精英驅(qū)動·材料創(chuàng)新·引領(lǐng)發(fā)展”,。大會主席：王舜教授（溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院院長）,、大會聯(lián)合主席：徐廣臣博士（John Wiley & Sons Inc.出版集團亞洲區(qū)副總監(jiān)）、陸俊研究員（美國Argonne國家實驗室）,、陳忠偉院士（加拿大滑鐵盧大學(xué)）本次會議將邀請來自中國,、美國、德國,、加拿大,、澳大利亞、韓國,、新加坡等國家以及美國斯坦福大學(xué),、加州大學(xué)、凱斯西儲大學(xué),、賓夕法尼亞大學(xué),、清華大學(xué),、北京大學(xué)、加拿大滑鐵盧大學(xué)以及美國阿貢國家實驗室等國（境）內(nèi)外高校的400位知名學(xué)者參會,，共同就先進能源材料與器件的前沿和熱點問題及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展開展深入的交流與探討,，并與政府、投資人等一起舉辦“產(chǎn)業(yè)-技術(shù)-資本”對接,，推進中國能源綠色發(fā)展和能源國際合作,。

2018年11月11日上午，由浙江省人民政府副省長兼溫州市委書記陳偉俊,、溫州市委常委,組織部長馬永良等領(lǐng)導(dǎo)開幕儀式致詞,。邀請300多位新能源材料領(lǐng)域的國內(nèi)外知名專家學(xué)者和行業(yè)代表來溫參會并開展研討交流。開幕式包括人才項目簽約,、《Carbon Energy》國際期刊聯(lián)合創(chuàng)刊簽約,，以及“材料黑科技，解鎖認知邊界”“石墨烯產(chǎn)業(yè)的機遇與挑戰(zhàn)”主題學(xué)術(shù)報告等內(nèi)容,。邀請溫州昊星機械設(shè)備制造有限公司組織相關(guān)行業(yè)企業(yè)負責(zé)人或技術(shù)負責(zé)人參加了會議,。

舉辦這次大會是溫州推進新時代“兩個健康”先行區(qū)創(chuàng)建的一個具體行動。來自海內(nèi)外的300多位碳能源材料知名專家學(xué)者,，與600多名在溫高校院所代表,、產(chǎn)業(yè)園區(qū)代表、企業(yè)代表等共聚一堂,，開展新能源新材料領(lǐng)域人才項目交流合作,。開幕式上，陳偉俊代表市委,、市政府向與會人員表示歡迎和感謝,。他說，溫州是吃“改革飯”,、走“開放路”,、打“創(chuàng)新牌”成長起來的，有著深厚的創(chuàng)新文化,、活躍的改革因子,、濃厚的創(chuàng)業(yè)氛圍和豐富的溫商資源。進入新時代,，溫州要再造新優(yōu)勢、再創(chuàng)新輝煌,，就要緊緊扭住創(chuàng)新這個主題主線,，堅持政府主導(dǎo)、企業(yè)主體,、科研主力“三位一體”,，著力激發(fā)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新活力，做好“破舊立新”文章，加快走出一條具有鮮明溫州特色的創(chuàng)新發(fā)展之路,。

陳偉俊指出當(dāng)前,，溫州正以建設(shè)國家自主創(chuàng)新示范區(qū)為主抓手，聯(lián)動新時代“兩個健康”先行區(qū)建設(shè),，狠抓重大產(chǎn)業(yè)培育發(fā)展,，著力培育高質(zhì)量發(fā)展新動能。加快新能源,、新材料發(fā)展是推動先進制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ),，是提高產(chǎn)業(yè)競爭力的重要支撐，是加快高質(zhì)量發(fā)展的大勢所趨,。溫州發(fā)展新能源新材料產(chǎn)業(yè),，具有良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、較好的合作平臺和廣闊的市場前景,。接下來,，要緊緊把握全球新一輪產(chǎn)業(yè)變革的“脈動”，聚焦聚力高質(zhì)量,、競爭力,、現(xiàn)代化，堅持創(chuàng)新為先,、人才為本,、平臺為重、環(huán)境為要,，大力推進政策體系,、人才體系、服務(wù)體系建設(shè)和平臺打造,，推動新能源新材料產(chǎn)業(yè)大發(fā)展,。真誠希望大家為新能源新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展把脈問診、建言獻策,，熱忱歡迎廣大人才和企業(yè)到溫州洽談合作,、共同發(fā)展。據(jù)悉,，今后該大會將每年舉辦一次,，溫州將爭取成為碳能源材料高峰論壇的永久會址。

【前沿創(chuàng)新】
一,、石墨烯科學(xué)研究
2004 年,，石墨烯首次發(fā)現(xiàn)，被稱為“材料之王”,， 2004年,，曼徹斯特大學(xué)的安德烈 蓋姆（Andre Gei m）和康斯坦丁 諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）用微機械剝離法成功分離出穩(wěn)定的單層石墨烯,，顛覆了凝聚態(tài)物理學(xué)界既往的二維材料不能在有限溫度下存在的觀點，被授予2010 年諾貝爾物理獎,。①

2025 年將達到千億市場規(guī)模,，我們認為：21世紀，人類將從硅時代全面邁向石墨烯時代,。市場廣闊大有可為1,、材料之王:石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的單層二維碳納米材料，這種穩(wěn)定二維蜂巢狀晶格結(jié)構(gòu)賦予了石墨烯力學(xué),、光學(xué),、電學(xué)和微觀量子性質(zhì)等極為優(yōu)異的性能，被稱為“材料之王”,。

2,、碳材料之母:石墨烯是碳的各種形態(tài)中的基本結(jié)構(gòu)，可以從石墨烯成功制備出如富勒烯,、碳納米管,，彈道晶體管等其他碳素新材料，石墨烯也因此被稱為“碳材料之母”,。
 單層石墨烯屬于二維晶體,，由于二維晶體具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性，所以其附帶褶皺（褶皺是二維石墨烯存在的必要條件）,。

一般認為石墨烯是一種拓撲絕緣體,，內(nèi)部絕緣、表面導(dǎo)電,，是一種不同于導(dǎo)體和絕緣體的新的凝聚態(tài),。
3. 石墨烯時代
基于以上分析，我們認為,，21世紀,，人類將從硅時代全面邁向石墨烯時代。
 

4. 產(chǎn)業(yè)政策
中國支持政策

全球支持政策

5. 千億市場規(guī)模
石墨烯作為工業(yè)添加劑,，材料本身市場規(guī)模并不大,，各機構(gòu)預(yù)測到2020年石墨烯材料本身市場規(guī)模在1.5-3億美元之間，并在2015-2020年期間保持40%以上增速,。
但石墨烯作為基礎(chǔ)材料,，下游應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊，美國BCC Research預(yù)測,，2018年全球石墨烯整體市場規(guī)?？赡芨哌_1.95億美元，2023年石墨烯應(yīng)用規(guī)模將達到13.43億美元,，復(fù)合增長率47%,。
中國制造2025
《中國制造2025》明確了石墨烯發(fā)展目標(biāo)，2020年“規(guī)模制備及電化學(xué)儲能,、印刷電子,、航空航天用輕質(zhì)高強復(fù)合材料、海洋工程防腐等應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)水平達國際水準(zhǔn),，大幅提升相關(guān)產(chǎn)品性能,，形成百億元產(chǎn)業(yè)規(guī)模，2025年突破石墨烯在電子信息領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)瓶頸,，整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億,。
二、技術(shù)有待成熟
1. 技術(shù)成熟曲線

2. 石墨烯分類
按層數(shù)
石墨烯按層數(shù)分類,，其可分為：單層石墨烯,、雙層石墨烯和少層石墨烯。石墨烯層數(shù)超過10層后,，性質(zhì)接近薄層體石墨,。
按形態(tài)
石墨烯按產(chǎn)品形態(tài)可分為石墨烯薄膜、粉體/微片,。
3. 石墨烯特性最薄最堅硬
單層石墨烯厚度只有0.335納米,，是頭發(fā)直徑的二十萬分之一。
人類已知強度最高物質(zhì)
楊氏模量,、泊松比和抗拉伸強度分別反映了材料的抗形變,、彈性和抗斷裂的能力。楊氏模量達到1TPa,，與單壁碳納米管相當(dāng),；強度約為180GPa，是普通鋼材的 100倍,；韌性是碳纖維的20倍,；抗拉強度超過125GPa；硬度超過鉆石,。
導(dǎo)電性最強
石墨烯作為理想二維晶體材料,，電子運動速度達到光速的1/300，電導(dǎo)率可達10^6?3?2/m,，是室溫下最好的導(dǎo)電材料,，性能超過已知最好的導(dǎo)體銀或銅。
載流子遷移率最高
石墨烯內(nèi)部載流子遷移率可達2×10^5cm^2 /Vs,，是硅中電子遷移率的140倍,，是未來各類導(dǎo)體、半導(dǎo)體電器元件的理想材料,。
導(dǎo)熱性最好
石墨烯是已知的導(dǎo)熱系數(shù)最高的物質(zhì),，理論導(dǎo)熱率達到5300W/mK,，是室溫下導(dǎo)熱最好的材料。
高透光性
單層石墨烯對光的吸收率僅為2.3%,，且對任何波長都有效,，打破了目前常用半導(dǎo)體化合物如砷化鎵等的吸收帶僅在可見光和近紅外端的限制，可制備透明導(dǎo)電薄膜,，替代ITO,，用于觸摸面板、柔性液晶面板,、太陽能電池及LED照明等,。
超大比表面積
石墨烯具有2630m^2/g的超大比表面積，能夠作為強力吸附劑與過濾材料,，應(yīng)用于環(huán)保,、海水淡化等領(lǐng)域，還能充當(dāng)儲能材料負載,。
4. 石墨烯制備
在制備技術(shù)層面,，氧化還原法與物理剝離法常被用作制備石墨烯粉體，而化學(xué)氣相沉積法與外延生長法常被用作制備石墨烯薄膜,。
機械剝離法獲得諾貝爾獎
基本原理：機械剝離法是將高定向熱解石墨薄片粘在膠帶上,，反復(fù)剝離，最終獲得一系列不同層數(shù)的石墨烯納米片,。
技術(shù)優(yōu)勢：該方法高度可控,，方法簡單，成本低廉,，可獲得多層(10層以下)的石墨烯納米片,，尺寸最大可以達到10μm。
技術(shù)難點 ：無法控制石墨烯納米片的大小,、難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

注①以上摘自《顛覆整個人類社會：它的前生,、今世和無限美好的未來,，關(guān)于石墨烯，這篇文章是徹底說透了》2018-05-10 00:00人類/電池/化學(xué) 文 | 史晨星 來源 | ID: shichenxing1編輯
【裝備概況】
目前,，生產(chǎn)石墨烯的石墨烯剝離式研磨生產(chǎn)成套設(shè)備和制備方法主要是機械法,、氧化法、基片生長法和液相法等, 昊星石墨烯高端智能裝備是一種以高速分散,、破碎研磨,、旋渦空化、剪切超聲為一體的直接在液相中進行連續(xù)分散和不間斷剝離石墨片的石墨烯生產(chǎn)線，實現(xiàn)了通過機械剪切液力空化等技術(shù)手段產(chǎn)出高品質(zhì)的石墨烯,并成功應(yīng)用在石墨烯納米材料工程項目上,，深受廣大石墨烯生產(chǎn)商的親睞,。
石墨烯的高端智能裝備制備方法的石墨烯生產(chǎn)設(shè)備是一種釆用機械液力剪切、空化剝離石墨片而產(chǎn)出的單層,、多層等高品質(zhì)石墨烯的高科技先進設(shè)備,。這種先進技術(shù)的發(fā)明及應(yīng)用,在一定程度上加快了石墨烯生產(chǎn)步伐,也促進了石墨烯生產(chǎn)企業(yè)進行大規(guī)模、高效率,、低成本、無污染生產(chǎn)的信心,。況且這種機械液力剪切,、空化旋渦剝離石墨片的生產(chǎn)工藝具有操作簡單、安全可靠,、無氧化,、無需高溫、優(yōu)質(zhì)高品的特點非常適合優(yōu)質(zhì)石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn),。 
【設(shè)備結(jié)構(gòu)】
石墨烯生產(chǎn)設(shè)備主要裝備結(jié)構(gòu)是由石墨烯的高端智能裝備集成控制系統(tǒng),、高剪切分散攪拌配料罐、精細分散研磨機組(鈉米錐體磨),、液力旋渦空化器,、高剪切旋流超聲器、多管道冷凝器,、超聲儲料罐,、壓力表溫控儀等組成。

【工作原理】

石墨烯的高端智能裝備制備方法是由昊星石墨烯生產(chǎn)成套設(shè)備在高速分散攪拌的儲料罐中加入石墨粉,、分散劑或表面改性劑和水組成,，然后通過高速分散機進行分散攪拌，制成分散穩(wěn)定性良好的石墨溶液,，由管道進入精細分散研磨室通過一種特殊粉碎切割剝離裝置,，將石墨溶液中的粉團、粘塊,、團塊等大小顆粒迅速分散剪切破碎,， 然后吸入到三級精磨區(qū)和高剪切削離區(qū)的剪切粉碎剝層結(jié)構(gòu)綜合區(qū)，在十分狹窄的工作過道內(nèi)由于千百組動,、靜磨齒槽和千百對剪切動刀片與剪切靜刀片相對高速切割從而產(chǎn)生強烈摩擦及和分散,、切割、剝層,、解聚,、粉碎、研磨等工作,。在機械運動和離心力的作用下,，將已剝離的石墨重新壓入切割剝離區(qū)進行研磨破碎,，精磨區(qū)分三級，越向外延伸一級磨片精度越高,，齒距越小,，線速度越長，石墨片越剝超溥,，同時流體逐步向徑向作曲線延伸,。每到一級流體的方向速度瞬間發(fā)生變化，并且受到每分鐘上千萬次的高速剪切,、強烈摩擦,、擠壓研磨、顆粒粉碎等,，在經(jīng)過三級精磨區(qū)和高剪切削離區(qū)的上千萬次的高速剪切,、研磨粉碎之后，從而產(chǎn)生石墨片分子鏈斷裂,、片層切割撕破等,。然后再通過高壓管進入液力旋渦剪切空化發(fā)生器；液力旋渦剪切空化技術(shù)是一種在石墨溶液流入旋渦低壓區(qū)形成蒸氣空泡的過程,，當(dāng)石墨溶液內(nèi)壓強降低到飽和蒸氣壓以下時,，液力剪切空化過程所形成的氣泡開始出現(xiàn)并生長，隨著時間的延長,，空泡膨脹,、生長、壓縮和潰滅,。但這一過程是爆炸性的,，不到千分六秒，空泡在急劇崩潰的瞬間可釋放巨大的能量,，瞬間產(chǎn)生局部高溫和高壓,，并產(chǎn)生高線速度運行同時強大沖擊力的微射流，因此引起空蝕,、空噪,、振動和發(fā)光等一系列現(xiàn)象，通常將空化所產(chǎn)生的這些作用稱之為液力旋渦剪切空化效應(yīng),，使石墨片層剝離出單層和多層的理想石墨烯產(chǎn)品,。

【工藝流程】
首先石墨烯生產(chǎn)成套設(shè)備在高剪切分散攪拌配料罐配上石墨粉、分散劑或表面改性劑和水等進行分散攪拌,，先關(guān)循環(huán)閥然后打開儲料罐與分散研磨泵連接閥,，使石墨溶液通過精細分散研磨機、液力剪切旋渦空化器再通過壓力進入高剪切旋流超聲儲料器等工藝過程。在配料罐無料時自動關(guān)閉下面連接閥并開通循環(huán)閥讓石墨溶液自循環(huán)不間斷進行剝離片使石墨烯單層多層迖到理想效果,在集成控制系統(tǒng)設(shè)計壓力控制,、時間控制,、溫度控制等也可釆用電腦控制或觸摸頻控制或全自動控制方式。

【設(shè)備優(yōu)勢】
溫州昊星機械設(shè)備制造有限公司研制石墨烯的高端智能裝備制備的工程案例貴州鼎璽烯材高科技有限公司是國內(nèi)第一家年產(chǎn)量100噸石墨烯生產(chǎn)廠商,，采用的是物理剝離法,，最大限度保留石墨烯特性，可根據(jù)客戶需要定制生產(chǎn),，不同規(guī)格和用途的石墨烯粉料,、漿料通過管道重新進入新型液力剪切空化旋流超聲發(fā)生器，使石墨溶液在昊星納米錐體磨的高速射流剪切沖擊和緩慢研磨空間之中經(jīng)旋流空化超聲波的作用下,石墨層片不間受到循環(huán)斷切割剝離后產(chǎn)出高質(zhì)量的單層和多層石墨烯進入儲料罐,再通過冷凝器回流管路重新進入精細分散機及液力旋渦空化裝置,石墨烯溶液整個切割剝離工藝過程是在一個封閉管路中循環(huán)往復(fù)的高速沖擊切割,、液力剪切旋渦空化,、旋流超聲空化等效應(yīng)作用下受到強烈的切割和不間斷的剝離,從而達到更優(yōu)質(zhì)單層和多層的石墨烯，這種機械液力空化剝離石墨烯工藝方法可以有力地推動和促進石墨烯的大規(guī)模,、高效率、低成本,、無污染的生產(chǎn),。

【應(yīng)用領(lǐng)域】
石墨烯可廣泛應(yīng)用于新能源電池、海洋工程,、復(fù)合材料,、導(dǎo)熱材料、超級電容器,、海水淡化,、生物醫(yī)藥、石墨烯導(dǎo)入新能源,、高性能復(fù)合材料和涂料等諸多應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)已推出鋰電池導(dǎo)電劑、碳塑合金,、石墨烯散熱器等系列成熟應(yīng)用產(chǎn)品,。公司的鋰電池導(dǎo)電劑作為正極導(dǎo)電劑、負極導(dǎo)電劑,、涂碳鋁箔漿料,，已成功導(dǎo)入國內(nèi)多家大型鋰電池企業(yè)和涂布鋁箔企業(yè)。公司的高導(dǎo)熱碳塑合金材料,，以優(yōu)異的導(dǎo)散熱性能成為替代金屬鋁散熱器的首選材料,。石墨烯正在走進我們的生活。2010年每克5000元,每克2014年2000元的石墨烯定價,，被稱為“石墨烯價格貴黃金15倍”彌足珍貴哦! 2015年國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模格局形成,，技術(shù)有所突破，將石墨烯粉體價格甚至降至1元每克，一由國內(nèi)解決了石墨烯生產(chǎn)成本高的的行業(yè)難題,。自主開發(fā)的物理法生產(chǎn)石墨烯制備的工藝,，解決了石墨烯生產(chǎn)中廢酸、廢水的難題,，實現(xiàn)清潔生產(chǎn),。截至目前，國內(nèi)有公司已開發(fā)出生產(chǎn)石墨烯粉體的第六代技術(shù),，實現(xiàn)環(huán)保,、低成本、大規(guī)模量產(chǎn)高品質(zhì)石墨烯,開啟石墨烯應(yīng)用的新局面,。