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如何選擇拉曼光譜的激光波長(zhǎng)
拉曼光譜,廣泛應(yīng)用于環(huán)境、安檢、檢驗(yàn)檢疫、地質(zhì)、物理及化學(xué)等領(lǐng)域的分析技術(shù)
激光波長(zhǎng)的選擇是最重要的考慮因素之一。一般來(lái)說(shuō),拉曼峰的位置與分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān),與激發(fā)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。從理論上講,您可以使用任何激光波長(zhǎng)來(lái)測(cè)試樣品。但是不同的激光波長(zhǎng)激發(fā)樣品,拉曼信號(hào)強(qiáng)度和噪聲會(huì)有很大的差別,不合適的激光器會(huì)得到很差信噪比,甚至得不到目標(biāo)物質(zhì)的拉曼信號(hào)。因此,在進(jìn)行拉曼光譜測(cè)試前要選擇符合測(cè)試需求的激光。
在市面上,532nm、785nm和1064nm這三種波長(zhǎng)仍是主流選擇。接下來(lái),我們將對(duì)這三種波長(zhǎng)的重要性能進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比。
首先,我們來(lái)探討一下激發(fā)效率這一關(guān)鍵差異。
拉曼散射效率與激光波長(zhǎng)的四次方成反比,即λ4。
根據(jù)之前的分析,我們知道拉曼散射效率與激光波長(zhǎng)的四次方成反比。這意味著,當(dāng)激光波長(zhǎng)增加時(shí),所需的測(cè)量時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加。具體來(lái)說(shuō),532nm波長(zhǎng)的激光產(chǎn)生的拉曼強(qiáng)度是785nm波長(zhǎng)的4.7倍,而與1064nm波長(zhǎng)的相比,更是高達(dá)16倍。因此,在保持其他條件不變的情況下,為了獲得相同質(zhì)量的光譜數(shù)據(jù),使用較長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光需要更多的測(cè)量時(shí)間。
532nm激發(fā)波長(zhǎng)以其出色的靈敏度著稱(chēng),能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速捕捉到有效圖譜,因而常被用于碳納米管的分析。同時(shí),它也適用于金屬氧化物、礦物以及無(wú)機(jī)材料的檢測(cè)。值得一提的是,532nm波長(zhǎng)的儀器能夠覆蓋從65cm-1到4000cm-1的廣泛光譜范圍,這一特性使得它特別適合于檢測(cè)那些位于較高拉曼位移區(qū)域的目標(biāo)物,例如在2800cm-1至3700cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)的-NH和-OH官能團(tuán)。
785nm激發(fā)波長(zhǎng)因其廣泛的適用性和低熒光干擾而備受推崇。這種波長(zhǎng)能對(duì)90%以上的拉曼活性材料產(chǎn)生有效響應(yīng),且單次掃描采集時(shí)間短,非常適合各種樣品和拉曼信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)需求。在三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)中,785nm憑借其出色的熒光效應(yīng)與光譜分辨率的平衡,成為了科研和工業(yè)領(lǐng)域的首選。當(dāng)用于掃描海洛因堿光譜時(shí),785nm激發(fā)光因其高分辨率而能揭示更多細(xì)節(jié),盡管熒光效應(yīng)導(dǎo)致基線傾斜,但整體而言,它仍是最受歡迎的激發(fā)波長(zhǎng)之一。
在多數(shù)情況下,選用1064nm激發(fā)波長(zhǎng)能有效降低熒光效應(yīng)的影響。以纖維素測(cè)量為例,采用785nm和1064nm波長(zhǎng)能獲取優(yōu)質(zhì)光譜,尤其以1064nm的熒光效應(yīng)最為微弱。相比之下,若使用532nm波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量,由于熒光效應(yīng)過(guò)于顯著,將無(wú)法對(duì)纖維素進(jìn)行有效測(cè)量。
綜上所述,我們得出以下結(jié)論:在多數(shù)情況下,選擇1064nm激發(fā)波長(zhǎng)能夠顯著降低熒光效應(yīng)的影響。以纖維素測(cè)量為例,通過(guò)比較785nm和1064nm波長(zhǎng)的測(cè)量結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)1064nm波長(zhǎng)下的熒光效應(yīng)相對(duì)較弱,從而能夠獲取優(yōu)質(zhì)的光譜數(shù)據(jù)。相較之下,若采用532nm波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量,則會(huì)因?yàn)闊晒庑?yīng)過(guò)于明顯而無(wú)法對(duì)纖維素進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。
◆ 532nm激光
由于具有較高的能量,能夠更深入地轟擊樣品結(jié)構(gòu),從而激發(fā)出更強(qiáng)烈的熒光,這一特性使其特別適用于對(duì)無(wú)機(jī)材料的測(cè)量。
◆ 785nm激光
在保持出色性能的同時(shí),還能有效降低熒光強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性與激發(fā)效率的平衡,成為測(cè)量大多數(shù)化學(xué)品時(shí)的理想選擇。
◆ 1064nm激光
雖然其熒光效應(yīng)相對(duì)較弱,但需要較長(zhǎng)的采集時(shí)間才能達(dá)到足夠的信號(hào)水平進(jìn)行分析。這使得它特別適合于測(cè)量彩色和深色材料,例如天然產(chǎn)物、染料、油以及彩色聚合物等。
下圖總結(jié)了拉曼光譜激光波長(zhǎng)選擇策略
圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)
并沒(méi)有一個(gè)萬(wàn)能波長(zhǎng)的激光器適合所有的材料測(cè)試。不同的樣品或材料可能需要不同的激發(fā)波長(zhǎng)。這是因?yàn)橐诒M可能增強(qiáng)拉曼信號(hào)的同時(shí),盡量減少熒光信號(hào)干擾。熒光是拉曼光譜技術(shù)中的一大難題,它的譜峰寬而強(qiáng),可能會(huì)掩蓋拉曼信號(hào)。組合使用不同波長(zhǎng)的激光器,有助于確定最佳的拉曼激發(fā)波長(zhǎng),從而最大限度地減少熒光信號(hào)干擾,獲得最佳的拉曼信號(hào)。
此外,不同的激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)材料中的分子振動(dòng)也會(huì)有不同的強(qiáng)度響應(yīng)。使用單一的激光器,可能會(huì)錯(cuò)過(guò)更適合其波長(zhǎng)的特定振動(dòng)模式,導(dǎo)致獲得的信息不夠深入。此外,為了獲得良好的信號(hào),有時(shí)需要更高的激光功率,當(dāng)然這也存在燒壞樣品的風(fēng)險(xiǎn)。組合使用不同波長(zhǎng)的激光器,能夠優(yōu)化各個(gè)波長(zhǎng)的功率,并盡可能降低樣品損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
美國(guó)出臺(tái)《COINS法案2024》嚴(yán)控石墨烯技術(shù)合作 科技霸權(quán)博弈再升級(jí)
美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)《2024年全面對(duì)外投資國(guó)家安全法案》(簡(jiǎn)稱(chēng)COINS法案2024),禁止對(duì)美國(guó)制裁名單上的實(shí)體進(jìn)行投資,并明確了禁止投資的特定技術(shù)領(lǐng)域。該法案將石墨烯相關(guān)技術(shù)列入”禁止技術(shù)”清單,禁止美國(guó)實(shí)體與中國(guó)在半導(dǎo)體、能源、國(guó)防等關(guān)鍵領(lǐng)域開(kāi)展技術(shù)合作。
美國(guó)國(guó)會(huì)于去年底通過(guò)《2024 年全面對(duì)外投資國(guó)家安全法案》(“COINS 法案 2024”),將石墨烯相關(guān)技術(shù)納入 “禁止技術(shù)” 范疇,引起國(guó)際社會(huì)廣泛關(guān)注。?
該法案旨在維護(hù)美國(guó)所謂的國(guó)家安全,對(duì)涉及中國(guó)的特定投資和人員實(shí)施制裁。在投資禁令方面,美國(guó)財(cái)政部長(zhǎng)有權(quán)禁止美國(guó)人士在特定 “禁止技術(shù)” 領(lǐng)域與 “涵蓋外國(guó)人士” 進(jìn)行 “涵蓋國(guó)家安全交易”,使用石墨烯晶體管的集成電路就位列其中。這意味著美國(guó)人員在石墨烯技術(shù)相關(guān)的投資、合作等交易活動(dòng)將受到嚴(yán)格限制。
法案還規(guī)定,美國(guó)人士在 “禁止技術(shù)” 或 “需通報(bào)技術(shù)” 領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)交易后,必須按規(guī)定向財(cái)政部長(zhǎng)提交書(shū)面通報(bào),否則將面臨處罰。同時(shí),財(cái)政部長(zhǎng)需定期向國(guó)會(huì)委員會(huì)提交報(bào)告,評(píng)估法規(guī)執(zhí)行情況,并與盟友和伙伴國(guó)開(kāi)展多邊合作,推動(dòng)建立類(lèi)似的限制機(jī)制。
石墨烯作為一種新型材料,在半導(dǎo)體、電子、能源等多個(gè)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。美國(guó)此舉被認(rèn)為是出于維護(hù)自身在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位,試圖通過(guò)限制投資和交易來(lái)阻礙其他國(guó)家在石墨烯技術(shù)方面的發(fā)展。然而,這種單邊限制措施不僅違背了市場(chǎng)自由競(jìng)爭(zhēng)的原則,也對(duì)全球科技合作與交流造成了負(fù)面影響,引發(fā)了國(guó)際社會(huì)對(duì)于貿(mào)易保護(hù)主義抬頭的擔(dān)憂。
來(lái)源:世說(shuō)新材
石墨烯傳感器正逐步走向市場(chǎng)
傳感器技術(shù)對(duì)于高科技設(shè)備和智能設(shè)備監(jiān)控環(huán)境至關(guān)重要。隨著移動(dòng)設(shè)備和自動(dòng)駕駛汽車(chē)的興起,傳感器已無(wú)處不在。人工智能的進(jìn)步推動(dòng)了對(duì)小型、低成本、高性能傳感器的需求。
這一趨勢(shì)始于 1990 年至 2020 年的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù),幾乎每部手機(jī)都集成了加速計(jì)、陀螺儀和麥克風(fēng)等各種傳感器。這些傳感器采用半導(dǎo)體制造方法大批量生產(chǎn)。
石墨烯和其他二維(2D)材料的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步推動(dòng)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。這些材料可以制造超薄傳感器層,提高靈敏度并提供獨(dú)特的性能。
然而,在證明二維傳感器優(yōu)于現(xiàn)有傳感器以及實(shí)現(xiàn)可靠的大規(guī)模生產(chǎn)方面仍存在挑戰(zhàn)。石墨烯旗艦計(jì)劃(2013-2023 年)對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了探索,旨在將先進(jìn)的二維材料傳感器推向市場(chǎng)。最近,《二維材料》(2D materials)雜志上發(fā)表了一篇開(kāi)放存取論文,總結(jié)了該計(jì)劃中不同傳感器研究小組的工作及其成功經(jīng)驗(yàn),重點(diǎn)是帶電子讀出功能的二維材料傳感器的晶圓級(jí)制造。
本文介紹了基于轉(zhuǎn)移和無(wú)轉(zhuǎn)移生產(chǎn)二維材料傳感器的區(qū)別。雖然這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn),但二者之間的選擇取決于設(shè)備類(lèi)型及其與讀出電子設(shè)備的系統(tǒng)集成,作者在文中介紹了選擇方法。論文還介紹了使用 CMOS 集成電路讀出傳感器數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì),這證明了二維材料傳感器與現(xiàn)有制造技術(shù)的兼容性,同時(shí)也提高了二維材料的技術(shù)就緒水平 (TRL),使其更接近工業(yè)應(yīng)用。
作者詳細(xì)介紹了各類(lèi)二維材料傳感器的操作、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),包括壓力傳感器、麥克風(fēng)、氣體傳感器和生物傳感器。
使用高端設(shè)備進(jìn)行二維材料傳感器的實(shí)驗(yàn)室演示可以達(dá)到技術(shù)就緒水平(TRL)3-4 級(jí),而要達(dá)到 TRL 5-6 級(jí)或更高,則需要在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行驗(yàn)證。這就需要將傳感器、讀出電子裝置和數(shù)據(jù)處理集成到便攜式原型中。帶電子讀出功能的晶圓級(jí)傳感器芯片具有成本低、功耗低和體積小的優(yōu)勢(shì)。這些芯片可在印刷電路板上制成小巧的傳感器模塊,由電池供電,并可通過(guò)無(wú)線接口和顯示器進(jìn)行增強(qiáng)。下圖是這種原型的一個(gè)示例,顯示了帶有電容讀出電子元件、Arduino 處理器、顯示器和電池的石墨烯壓力傳感器原型。
圖:二維傳感器原型
石墨烯發(fā)現(xiàn) 20 年后,石墨烯旗艦計(jì)劃啟動(dòng) 10 多年后,在實(shí)現(xiàn)二維材料傳感器和晶圓級(jí)生產(chǎn)工藝方面取得了重大進(jìn)展。Graphenea 公司為傳感領(lǐng)域提供了一系列產(chǎn)品,如包含氣體、化學(xué)和生物傳感裝置的各種微芯片。通過(guò) Graphenea 卡和盒式磁帶等配套產(chǎn)品,可輕松集成到實(shí)驗(yàn)裝置中。不過(guò),雖然二維材料傳感器已經(jīng)開(kāi)始小規(guī)模生產(chǎn),但目前還沒(méi)有大批量(每年 100 萬(wàn)個(gè)產(chǎn)品)生產(chǎn)。
圖:將二維材料傳感器推向市場(chǎng)的路線圖
該論文還包含一份提高石墨烯傳感器產(chǎn)品 TRL 的路線圖。為了推動(dòng)二維材料傳感器的產(chǎn)業(yè)化,需要做更多的工作來(lái)提高其技術(shù)就緒水平(TRL)。主要挑戰(zhàn)包括證明二維傳感器的性能優(yōu)于現(xiàn)有傳感器,以及開(kāi)發(fā)具有成本效益、可擴(kuò)展的生產(chǎn)工藝。原型的迭代測(cè)試和優(yōu)化將有助于改進(jìn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方法,加快大型半導(dǎo)體和傳感器公司的采用。
彌合學(xué)術(shù)研究與工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)之間的差距是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。公司傾向于將風(fēng)險(xiǎn)降到最低,只有在大學(xué)或初創(chuàng)公司展示出強(qiáng)大的傳感器性能后,才會(huì)對(duì)二維傳感器技術(shù)進(jìn)行大量投資。一旦縮小了這一差距,二維傳感器就能在智能設(shè)備中廣泛應(yīng)用,從而加快其普及速度。
二維傳感器可以取代當(dāng)前的傳感器,以更低的成本和功耗更可靠地檢測(cè)更小的信號(hào)。它們還能實(shí)現(xiàn)新的測(cè)量技術(shù),如單分子檢測(cè),從而帶來(lái)新的應(yīng)用。例如,利用生物傳感器檢測(cè)植物病害,利用氣體傳感器進(jìn)行健康監(jiān)測(cè),以及利用生物識(shí)別傳感器進(jìn)行個(gè)人身份識(shí)別。
最終,經(jīng)人工智能增強(qiáng)的二維傳感器可集成到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、傳感器網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)駕駛汽車(chē)和機(jī)器人技術(shù)中。高密度傳感器的部署將改善環(huán)境監(jiān)測(cè),有利于農(nóng)業(yè)和醫(yī)療保健,并應(yīng)對(duì)氣候變化和資源短缺等社會(huì)挑戰(zhàn)。因此,二維材料傳感器研究有望繼續(xù)發(fā)展并改善我們的生活。
Towards wafer-scale 2D material sensors: DOI: 10.1088/2053-1583/adac73
來(lái)源:Graphenea
三明科技:關(guān)于征集優(yōu)秀科技成果和科技創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景的通知
各縣(市、區(qū))科技局,各有關(guān)單位:
為深入貫徹落實(shí)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略,推動(dòng)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新有效融合,加速科技成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化,助力我市經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展,現(xiàn)面向全市公開(kāi)征集優(yōu)秀科技成果和重點(diǎn)領(lǐng)域科技創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景?,F(xiàn)將有關(guān)事項(xiàng)通知如下:
一、征集目的?
聚焦我市11條特色產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展方向,挖掘具有產(chǎn)業(yè)化潛力的科技成果和亟需技術(shù)賦能的場(chǎng)景需求,搭建產(chǎn)學(xué)研用對(duì)接平臺(tái),促進(jìn)科技成果與場(chǎng)景需求的有效對(duì)接,形成“需求牽引創(chuàng)新、應(yīng)用倒逼研發(fā)”的良性機(jī)制。
二、征集范圍和內(nèi)容
(一)優(yōu)秀科技成果
1.領(lǐng)域范圍:具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)或核心技術(shù),具有明確應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值的科技成果。優(yōu)先支持先進(jìn)裝備制造、新材料、生物醫(yī)藥、新能源、新一代信息技術(shù)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,以及對(duì)三明市傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、新興產(chǎn)業(yè)培育壯大具有重要推動(dòng)作用的科技成果。
2.成果形式:可解決行業(yè)共性難題的核心技術(shù)、工藝或裝備;已完成中試或具備規(guī)?;a(chǎn)條件的成熟技術(shù)成果。
3.填報(bào)要求:需說(shuō)明成果的技術(shù)先進(jìn)性、成熟度、應(yīng)用領(lǐng)域及轉(zhuǎn)化需求等。
(二)科技創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景
1.場(chǎng)景方向:包括但不限于智能制造、智慧城市、綠色低碳、醫(yī)療健康、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、數(shù)字政務(wù)等領(lǐng)域中亟需技術(shù)賦能的場(chǎng)景需求。
2.場(chǎng)景要求:聚焦行業(yè)痛點(diǎn)或民生需求,具有明確的技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)和實(shí)施基礎(chǔ);鼓勵(lì)開(kāi)放共享場(chǎng)景資源,提出技術(shù)合作需求(如技術(shù)攻關(guān)、解決方案定制等)。
3.填報(bào)要求:需描述場(chǎng)景背景、技術(shù)需求、預(yù)期目標(biāo)及合作意向等。
三、征集對(duì)象和要求
1.申報(bào)單位需為三明市內(nèi)注冊(cè)的企事業(yè)單位、高校、科研院所;
2.成果需知識(shí)產(chǎn)權(quán)明晰,無(wú)法律糾紛;
3.應(yīng)用場(chǎng)景需具備可實(shí)施性,申報(bào)單位需具備場(chǎng)景建設(shè)的資源條件。
四、申報(bào)程序?
(一)材料提交:申報(bào)單位填寫(xiě)《優(yōu)秀科技成果申報(bào)表》(附件1)或《科技創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景申報(bào)表》(附件2)。一個(gè)單位可申報(bào)多項(xiàng)科技成果、應(yīng)用場(chǎng)景,經(jīng)所在縣(市、區(qū))科技管理部門(mén)審核推薦,將紙質(zhì)材料一式一份寄送市科技局科技成果與社會(huì)發(fā)展科技科。高校、科研院所可直接將材料寄送市科技局科技成果與社會(huì)發(fā)展科技科。同時(shí)將材料電子版發(fā)送至郵箱:yyy6636@126.com(郵件主題注明“單位名稱(chēng)+成果/場(chǎng)景申報(bào)”)。
(二)申報(bào)截止時(shí)間:2025年3月31日。
五、支持措施
(一)對(duì)接服務(wù):入選的成果和場(chǎng)景將納入“三明市科技成果轉(zhuǎn)化庫(kù)”“三明市應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)布清單”,優(yōu)先推薦參加我市舉辦的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)對(duì)接會(huì)、科技成果對(duì)接會(huì)、場(chǎng)景發(fā)布會(huì)、投融資路演等活動(dòng)。
(二)項(xiàng)目支持:對(duì)于對(duì)接成功落地轉(zhuǎn)化的優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目,優(yōu)先給予市級(jí)科技計(jì)劃立項(xiàng)支持,優(yōu)先推薦申報(bào)省級(jí)及以上科技計(jì)劃項(xiàng)目。安排專(zhuān)項(xiàng)資金,擇優(yōu)支持一批創(chuàng)新程度高、應(yīng)用價(jià)值大、示范效用強(qiáng)、市場(chǎng)前景好的重大場(chǎng)景項(xiàng)目。
(三)宣傳推廣:通過(guò)政府平臺(tái)、媒體渠道進(jìn)行典型案例宣傳。
六、聯(lián)系咨詢(xún)方式
市科技局科技成果與社會(huì)發(fā)展科技科
聯(lián)系人:游曉軍
聯(lián)系電話:0598-8590851
附件:
三明市科學(xué)技術(shù)局
2025年2月25日
大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)石墨烯,實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步工業(yè)應(yīng)用
開(kāi)發(fā)低成本、環(huán)保型石墨烯制備方法是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的關(guān)鍵。電化學(xué)剝離法是一種新興的石墨烯制備方法,但目前仍局限于燒杯級(jí)研究,缺乏大規(guī)模生產(chǎn)策略/設(shè)備。廣西師范大學(xué)Youguo Huang、Qingyu Li、Juantao Jiang等研究人員在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》期刊發(fā)表名為“A Continuous and Safe Strategy for Large-Scale Graphene Production by Electrochemical Exfoliation–Flexible Encapsulation Strategy and Array Electrolyzer”的論文,研究提出了一種柔性封裝策略來(lái)設(shè)計(jì)陽(yáng)極/陰極電極,并開(kāi)發(fā)了一種陣列電解槽來(lái)確保石墨烯的連續(xù)安全生產(chǎn),以進(jìn)行中試規(guī)模驗(yàn)證。
柔性封裝策略可有效提高剝離效率和石墨烯產(chǎn)率,分別達(dá)到 98.6% 和 39.6%(層數(shù)≤7,97%),低 ID/IG 比為 0.22,高 C/O 比為 16.9。在放大生產(chǎn)過(guò)程中,由于高溫促進(jìn)了羥基自由基的形成和石墨尺寸增大導(dǎo)致的尖端效應(yīng),出現(xiàn)了嚴(yán)重的碳腐蝕現(xiàn)象。H2O→OH 路線和 SO42- → S2O82- → SO4– → OH 路線都促進(jìn)了羥基自由基的形成并導(dǎo)致碳腐蝕。當(dāng)電解液溫度從 70 ℃ 降到 30 ℃ 時(shí),平均碳腐蝕率從 75% 顯著下降到 46.7%。這項(xiàng)工作中的石墨烯電化學(xué)剝離規(guī)?;a(chǎn)證明了柔性封裝策略和陣列電解槽的可行性,為進(jìn)一步的大規(guī)模應(yīng)用展示了巨大的潛力。
圖1.石墨陽(yáng)極電極、陰極電極和陣列電解槽的示意圖,用于通過(guò)電化學(xué)剝離放大生產(chǎn)石墨烯。
圖2. (a)裸陰極/陽(yáng)極、(c)封裝陽(yáng)極、(e)封裝陰極/陽(yáng)極剝離后的光學(xué)圖像以及相應(yīng)的(b、d、f)電解質(zhì);(g)電解質(zhì)溫度曲線,(h)電流隨時(shí)間曲線;以及(i)不同電極的剝離效率和(j)石墨烯產(chǎn)率。
圖3. (a)石墨烯產(chǎn)品的XRD圖譜,(b)拉曼光譜,(c) FT-IR光譜,(d) XPS高分辨率c1s光譜,分別來(lái)自裸陰極/陽(yáng)極、封裝陽(yáng)極和封裝陰極/陽(yáng)極電極。
圖4、(a)實(shí)時(shí)電壓曲線,(b)不同剝離時(shí)間下石墨箔表面接觸角,(c)實(shí)時(shí)電流曲線,(d)剝離效率和石墨烯產(chǎn)率,(e)石墨烯XRD譜,(f)不同輸入電流下的實(shí)時(shí)電解質(zhì)溫度。



工信部等八部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《新型儲(chǔ)能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案》

新型儲(chǔ)能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案
鈉電池。研發(fā)高性能硬碳、篩分型碳等負(fù)極材料及高容量正極材料,聚焦長(zhǎng)壽命、高比能、寬溫域、高功率發(fā)展方向,推動(dòng)大規(guī)模鈉電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集成及應(yīng)用技術(shù)攻關(guān),服務(wù)新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
液流電池。開(kāi)展液流電池電堆、雙極板、電解液、離子交換膜等關(guān)鍵材料技術(shù)攻關(guān),提升液流電池能量效率、系統(tǒng)可靠性、全生命周期經(jīng)濟(jì)性。
超級(jí)電容器。支持高電壓電解液、高導(dǎo)電石墨烯、高性能隔膜等新型材料技術(shù)創(chuàng)新,開(kāi)展高能量密度電極材料、電極制備、高效預(yù)嵌鋰等技術(shù)攻關(guān),發(fā)展高比能、高安全、長(zhǎng)壽命超級(jí)電容器。
鉛碳電池。開(kāi)展新型復(fù)合材料板柵、高導(dǎo)電性多孔炭材料等技術(shù)攻關(guān),支持低鉛含量、高比能、長(zhǎng)壽命鉛碳電池產(chǎn)品研發(fā)。
飛輪儲(chǔ)能。提升高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境下軸承可靠性、承載力,突破高強(qiáng)度、低密度、長(zhǎng)壽命轉(zhuǎn)子材料技術(shù)。
壓縮空氣儲(chǔ)能。研發(fā)大流量高效壓縮機(jī),提升大膨脹比、高可靠透平膨脹機(jī)供給能力,布局大容量、高密封性?xún)?chǔ)氣設(shè)施、高效儲(chǔ)熱裝備、新工質(zhì)低阻高效換熱器,提高能量轉(zhuǎn)化效率。
其他技術(shù)。前瞻布局開(kāi)發(fā)水系鋅離子電池、水系鐵鎳電池、鎂離子電池、熔融鹽鋁電池、鎳氫電池等新體系電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。推動(dòng)儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷等新型物理儲(chǔ)能技術(shù)裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化突破。
先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。支持儲(chǔ)能電池模塊化開(kāi)發(fā),鼓勵(lì)高效率結(jié)構(gòu)創(chuàng)新,發(fā)展緊湊可靠的低阻抗高效連接技術(shù),推動(dòng)智能組串、高壓直流等集成技術(shù)創(chuàng)新,提升大型儲(chǔ)能系統(tǒng)集成效率。
精細(xì)化電池管理。發(fā)展系統(tǒng)級(jí)主動(dòng)均衡技術(shù),探索基于端邊云架構(gòu)的先進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)高效高精度管理技術(shù)。圍繞大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)開(kāi)展高精度智能傳感技術(shù)攻關(guān),開(kāi)發(fā)適用于儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)的功能安全及信息安全設(shè)計(jì)與評(píng)估技術(shù)。
高性能變流器。面向1500V以上高電壓應(yīng)用需求,開(kāi)展高能效、高能量利用率高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)攻關(guān)。突破變流器極端工況過(guò)載能力支撐技術(shù)、構(gòu)網(wǎng)和跟網(wǎng)控制高效切換技術(shù),加快電池管理系統(tǒng)、變流器控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)能量管理系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā),提升新型儲(chǔ)能電站有功、無(wú)功支撐能力。
高效熱管理。圍繞提升電池?zé)嵝阅芨兄皖A(yù)測(cè)精度,研發(fā)液體冷卻、相變材料冷卻、熱管冷卻等多種高效先進(jìn)熱管理技術(shù),突破結(jié)構(gòu)緊湊、導(dǎo)熱性能優(yōu)異的熱管理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。
智能化能量管理。突破基于指令跟蹤、平滑出力等多種模式的調(diào)度策略?xún)?yōu)化技術(shù)、多設(shè)備協(xié)同優(yōu)化控制和構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)。開(kāi)發(fā)儲(chǔ)能調(diào)節(jié)能力評(píng)估與智能調(diào)度決策系統(tǒng)。建設(shè)面向區(qū)域電網(wǎng)綜合應(yīng)用的分布式儲(chǔ)能資源協(xié)同聚合調(diào)控平臺(tái)。
高性能器件和預(yù)制艙。研發(fā)新型儲(chǔ)能系統(tǒng)用小型化高精度高可靠性智能傳感器、耐高溫耐高壓低損耗IGBT器件,支持新型電力電子器件及驅(qū)動(dòng)控制關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化高強(qiáng)度預(yù)制艙技術(shù)攻關(guān)。
本征安全技術(shù)。圍繞提升儲(chǔ)能電池環(huán)境適應(yīng)性和熱穩(wěn)定性,開(kāi)發(fā)強(qiáng)熱穩(wěn)定性正極和低膨脹負(fù)極材料、高強(qiáng)度耐高溫隔膜、溫敏性阻燃材料等先進(jìn)高安全材料,突破壓力容器全生命周期安全技術(shù),支持鋰電池、鈉電池固態(tài)化發(fā)展,提升本征安全性能。
主動(dòng)安全預(yù)警技術(shù)。發(fā)展基于電壓、溫度、荷電狀態(tài)、變化率等運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)智能傳感器,結(jié)合先進(jìn)算法開(kāi)發(fā)高精度儲(chǔ)能系統(tǒng)安全故障預(yù)判和診斷技術(shù)、儲(chǔ)能電池?zé)崾Э仡A(yù)警技術(shù)、儲(chǔ)能電池狀態(tài)和殘值評(píng)估技術(shù)及相關(guān)驗(yàn)證技術(shù)。
高效安全防護(hù)技術(shù)。聚焦熱蔓延抑制目標(biāo),開(kāi)發(fā)高效清潔抗復(fù)燃滅火介質(zhì),單體和模組間熱傳導(dǎo)阻隔技術(shù),高效環(huán)保冷卻及滅火設(shè)備。
安全性能評(píng)估技術(shù)。提升新型儲(chǔ)能系統(tǒng)、分級(jí)安全管理優(yōu)化技術(shù),研發(fā)全工況模擬及安全可靠性試驗(yàn)技術(shù)、新型儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期安全態(tài)勢(shì)智能評(píng)估技術(shù)、新型儲(chǔ)能產(chǎn)品加速老化測(cè)試技術(shù)。
信息來(lái)源:工信微報(bào)
天津大學(xué)研發(fā)可控手性石墨烯卷為自旋電子學(xué)開(kāi)辟新路徑
中新網(wǎng)天津2月25日電 (記者 孫玲玲)記者25日從天津大學(xué)獲悉,日前,該校胡文平教授、雷圣賓教授、李奇峰教授和沈永濤副教授聯(lián)合團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種名為“石蠟輔助浸入法”的新技術(shù),成功制備出具有可控手性的石墨烯卷,為二維材料的手性調(diào)控及其在自旋電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了全新思路。這一突破性進(jìn)展不僅為材料科學(xué)領(lǐng)域注入了新活力,也為未來(lái)量子計(jì)算和自旋電子器件的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。相關(guān)成果已發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《自然·材料》。
將石墨烯加入銅,出現(xiàn)前所未有的電氣性能,石墨烯銅基復(fù)合材料突破性進(jìn)展!
石墨烯作為銅基復(fù)合材料的理想增強(qiáng)相,近年來(lái)在提升材料性能及工業(yè)化應(yīng)用方面取得了顯著進(jìn)展。一種全新的高電導(dǎo)率石墨烯銅基復(fù)合材料開(kāi)始在線纜行業(yè)推廣,已經(jīng)有高速裸線工廠在驗(yàn)證其性能,其設(shè)計(jì)理論是石墨烯+銅,具有高導(dǎo)電率(57-59 MS/M)和高穩(wěn)定性,而石墨烯的電導(dǎo)率高達(dá)100 MS/M,LTDF石墨烯的電導(dǎo)率比銅高出近70%,因此,以銅為基體、以石墨烯為增強(qiáng)相,制得的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、超高強(qiáng)度及電磁屏蔽性能優(yōu)良的“超級(jí)銅”正越來(lái)越受到科研界和產(chǎn)業(yè)界的青睞。最新石墨烯銅基復(fù)合材料突破性進(jìn)展,美國(guó)能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)將石墨烯這種碳基材料添加到電銅中,發(fā)現(xiàn)它能夠在不降低電導(dǎo)率的情況下,減少金屬的電阻溫度系數(shù),這一成果有望帶來(lái)電氣效率的提升。
電阻溫度系數(shù)解釋了為什么銅線在通電時(shí)會(huì)發(fā)熱,它是金屬導(dǎo)電性的一個(gè)重要影響因素。如果金屬溫度過(guò)高,其導(dǎo)電性通常會(huì)降低。這一發(fā)現(xiàn)是在科學(xué)家們多年研究如何通過(guò)添加其他材料來(lái)增加金屬導(dǎo)電性,尤其是在高溫環(huán)境下取得的,這也顛覆了關(guān)于金屬作為導(dǎo)體行為的傳統(tǒng)科學(xué)認(rèn)知。
銅(Cu)因其優(yōu)良的導(dǎo)電性能被廣泛應(yīng)用于電機(jī)、發(fā)電機(jī)、建筑電線、充電器、變壓器和電氣接觸等領(lǐng)域。隨著對(duì)電氣化和能源效率要求的提高,需要開(kāi)發(fā)出比現(xiàn)有銅合金(如C10100和C11000)具有更高電性能的材料。來(lái)自PNNL的科學(xué)家們?cè)凇?span id="ko4siwsa" class="">Materials & Design》雜志上發(fā)表的研究成果顯示,通過(guò)剪切輔助加工和擠出(ShAPE)技術(shù)制造的銅-石墨烯復(fù)合材料,在電性能上取得了顯著提升。具體而言,添加18ppm的石墨烯能夠使C11000合金的電阻溫度系數(shù)(TCR)降低近11%,研究人員發(fā)現(xiàn),這一降低并沒(méi)有減少材料在室溫下的電導(dǎo)率?!拔覀冏C明了片狀和團(tuán)簇必須同時(shí)存在,才能制造出更適合高溫運(yùn)行的更好導(dǎo)體?!盤(pán)NNL 的材料科學(xué)家、參與該研究的 Kappagantula 說(shuō)。
圖:(a)摩擦系數(shù)(CoF)隨滑動(dòng)時(shí)間的變化;(b)僅銅和銅-石墨烯(Cu-Gr)原料箔的磨損深度隨磨損寬度的變化,這些原料箔用于制造各種ShAPE銅-石墨烯復(fù)合材料
圖:(a)電阻溫度系數(shù)(TCR)和(b)ShAPE僅銅及銅-石墨烯(Cu-Gr,簡(jiǎn)稱(chēng)CuG)復(fù)合材料的電導(dǎo)率隨石墨烯(Gr)含量的變化

另一個(gè)潛在的用例是將電力輸送到家庭和企業(yè)的輸電線路,這些線路通常由銅制成。使用這種復(fù)合材料制成的電線可以在全球城市對(duì)電力需求增加的情況下提供更高的效率。
研究人員計(jì)劃繼續(xù)定制銅 – 石墨烯材料,同時(shí)測(cè)試厚度約為美國(guó)一分錢(qián)硬幣,即 1.5 毫米的用該材料制成的電線。在實(shí)驗(yàn)中,他們將測(cè)量其他關(guān)鍵屬性,如強(qiáng)度、疲勞、腐蝕和耐磨性,以測(cè)試其在工業(yè)應(yīng)用中的可行性。
來(lái)源:公眾號(hào)·線纜行業(yè)朋友圈分享
CGIA:關(guān)于征集2025年度石墨烯標(biāo)準(zhǔn)新項(xiàng)目的通知
各會(huì)員單位及相關(guān)單位:
石墨烯材料憑借其優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)性質(zhì)以及超大比表面積、層狀可滑動(dòng)結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)特性,在電子器件、新能源、復(fù)合材料、大健康醫(yī)療和國(guó)防軍工等眾領(lǐng)域展現(xiàn)出可喜的應(yīng)用價(jià)值。一批石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)突破,在重要裝備、重大工程、環(huán)境治理、節(jié)能減排以及標(biāo)志性民生產(chǎn)品領(lǐng)域得到了市場(chǎng)化應(yīng)用。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展,標(biāo)準(zhǔn)先行。中關(guān)村華清石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟致力于石墨烯等納米新材料團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)制工作,現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)石墨烯領(lǐng)域開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化工作最早、參與人數(shù)最多、最具行業(yè)影響力的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)組織。為推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,建立健全石墨烯標(biāo)準(zhǔn)體系,現(xiàn)面向社會(huì)征集2025年石墨烯相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)新項(xiàng)目。具體事項(xiàng)通知如下:
一、征集范圍
1.石墨烯材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。圍繞石墨烯材料的特性參數(shù)表征方法、制備工藝、材料規(guī)范、綠色制造等。
2.石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。圍繞石墨烯在各應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品建立產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵性能參數(shù)檢測(cè)方法、應(yīng)用指南、綠色制造等。
3.石墨烯企業(yè)評(píng)價(jià)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。圍繞企業(yè)的創(chuàng)新、品牌、信用等建立相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
二、申報(bào)要求
1.申報(bào)主體:具備技術(shù)研發(fā)、檢測(cè)驗(yàn)證及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)的相關(guān)單位或個(gè)人,鼓勵(lì)產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合申報(bào)。
2.申報(bào)材料:需提交《2025年度石墨烯標(biāo)準(zhǔn)新項(xiàng)目申報(bào)書(shū)》(格式見(jiàn)附件,掃描下方二維碼下載)。
3.申報(bào)項(xiàng)目應(yīng)具有一定的創(chuàng)新性和先進(jìn)性,能反映石墨烯領(lǐng)域的最新技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展方向。
三、申報(bào)流程
1.本申報(bào)常年有效。請(qǐng)申報(bào)單位將申報(bào)材料電子版發(fā)送standard@c-gia.org。郵件主題請(qǐng)注明“2025年度石墨烯標(biāo)準(zhǔn)新項(xiàng)目申報(bào)-[申報(bào)單位名稱(chēng)] – [項(xiàng)目名稱(chēng)]”。紙質(zhì)材料加蓋公章后寄送至聯(lián)盟辦公室。
2.審查:聯(lián)盟將對(duì)申報(bào)材料進(jìn)行形式審查。通過(guò)形式審查的項(xiàng)目,聯(lián)盟將按照《中關(guān)村華清石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》進(jìn)行立項(xiàng)評(píng)審,立項(xiàng)后按程序組織制定。
四、聯(lián)系方式
中關(guān)村華清石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟
標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)部:戎老師 李老師
聯(lián) 系 電 話:13681575663 13691342491
電 子 郵 箱:standard@c-gia.org
地? ? ?址:北京市通州區(qū)北苑萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)A座504
中關(guān)村華清石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟
2025年2月20日