作为碳原子的二维晶体,石墨烯是一维碳纳米管和三维石墨等碳衍生物的基本构建材料。
为了帮助企业降低成本,台罡科技使用制造锂离子电池的铜箔涂布机,在铜箔涂布石墨烯。
事实证明,铜箔是优良基材,铜箔表面光滑,适合涂布石墨烯薄膜。
一、石墨烯薄膜的应用潜力与挑战
石墨烯薄膜在分子和离子分离方面潜力巨大,特别是在碳捕获中,能高效分离二氧化碳和氮气。
目前制备石墨烯薄膜存在以下问题:
商业化学气相沉积石墨烯成本高,用低成本铜箔又怕影响质量;
大面积制备二氧化碳选择性孔很难,现有方法复杂且难以扩大规模;
同时,制备大面积膜时容易产生裂缝,严重影响气体分离效果。
二、高质量石墨烯涂布设备
台罡科技铜箔涂石墨稀涂布机,水平式悬浮无过辊烘箱,可以无限延长烘箱提升涂布效率。
三、氧化反应中的关键因素
研究人员研究了石墨烯氧化过程中反应条件(温度、时间)和传质(臭氧速度)的影响。
用气体传输阻力模型分析发现,随着反应温度升高、时间延长,CO2渗透率增加,CO2/N2选择性也提高,这是因为高温能形成更多O簇。
通过COMSOL模拟发现,原来的反应器气体流速不均匀,在里面加个石英半圆柱块后,气体流速增加且更均匀,石墨烯孔隙率明显提高,CO2渗透率大幅提升,1cm2的膜CO2渗透率可达13105GPU,50cm2的膜在错流模块中CO2渗透率高达11799GPU,CO2/N2选择性也很可观,性能远超传统和商业膜。
四、研究总结与展望
过去,原子级薄石墨烯膜发展受限,就是因为缺乏可扩展、可重复的制备方法。
解决这三个关键问题:用低成本铜箔制备高质量石墨烯膜、规模化制备均匀孔隙、开发无裂缝转移技术,成功率接近100%。