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本發(fā)明公開了一種石墨烯圖形化摻雜方法，包括如下步驟：（1） 將氦氣與摻雜氣體混合作為工作氣體導(dǎo)入等離子體發(fā)生裝置中，施加 高壓脈沖電壓，在工作氣體中放電產(chǎn)生室溫常壓等離子體，將形成的 等離子體由引導(dǎo)管的噴嘴導(dǎo)出，形成微等離子體射流；（2）將噴嘴對 準(zhǔn)石墨烯薄膜的指定位置，用微等離子體射流對石墨烯薄膜進(jìn)行輻照， 將工作氣體的活性原子摻入到被輻照的區(qū)域，在二維平面內(nèi)移動微等 離子體射流或石墨烯薄膜，實現(xiàn)對石墨烯的圖形化摻雜。該方法可有 效地將雜質(zhì)原子摻入到石墨烯的骨架位置上，且不會對石墨烯的原本 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，摻雜過程簡單易行，設(shè)備成本低廉，可實現(xiàn)大規(guī)模生 產(chǎn)。

市場背景1：根據(jù)中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計，基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機(jī)械、食品、制藥等行業(yè)對換熱器穩(wěn)定的需求增長，我國換熱器產(chǎn)業(yè)在未來一段時期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長。預(yù)計 2010 年至 2020 年期間，我國換熱器產(chǎn)業(yè)將保持年均 10-15%左右的增長速度，2015 年，我國換熱器產(chǎn)業(yè)規(guī)模已突破 880 億元，到 2020 年我國換熱器產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到1500億元。 市場背景2：2016年國務(wù)院印發(fā)《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，“突破石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)”被寫入規(guī)劃。2017年1月《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》正式公布，石墨烯成為新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。據(jù)前瞻研究院數(shù)據(jù)顯示，2017年我國防腐涂料（常規(guī)防腐涂料和重防腐涂料）全年產(chǎn)量達(dá)到561萬噸，占涂料總產(chǎn)量的27%左右。2013年以來，涂料產(chǎn)量年均增長率在5.5%左右，而我國防腐涂料達(dá)到12%左右，是增長最快的涂料品種之一；2018年防腐涂料總產(chǎn)量或達(dá)到600萬噸以上，2020年總產(chǎn)量可突破700萬噸。

項目成果/簡介:市場背景1：根據(jù)中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計，基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機(jī)械、食品、制藥等行業(yè)對換熱器穩(wěn)定的需求增長，我國換熱器產(chǎn)業(yè)在未來一段時期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長。預(yù)計 2010 年至 2020 年期間，我國換熱器產(chǎn)業(yè)將保持年均 10-15%左右的增長速度，2015 年，我國換熱器產(chǎn)業(yè)規(guī)模已突破 880 億元，到 2020 年我國換熱器產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到1500億元。 市場背景2：2016年國務(wù)院印發(fā)《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，“突破石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)”被寫入規(guī)劃。2017年1月《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》正式公布，石墨烯成為新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。據(jù)前瞻研究院數(shù)據(jù)顯示，2017年我國防腐涂料（常規(guī)防腐涂料和重防腐涂料）全年產(chǎn)量達(dá)到561萬噸，占涂料總產(chǎn)量的27%左右。2013年以來，涂料產(chǎn)量年均增長率在5.5%左右，而我國防腐涂料達(dá)到12%左右，是增長最快的涂料品種之一；2018年防腐涂料總產(chǎn)量或達(dá)到600萬噸以上，2020年總產(chǎn)量可突破700萬噸。應(yīng)用范圍:目前國內(nèi)外水蒸氣空氣預(yù)熱器基本都是翅片管式，節(jié)能效果有待提高； 目前國內(nèi)外成熟的蒸發(fā)式冷凝器基本都是管狀或橢圓狀，緊湊度不高，單位面積熱負(fù)荷有待提高，特別針對化工產(chǎn)品如甲醇汽冷凝，要求系統(tǒng)壓降低和尾氣回收等指標(biāo)，難以達(dá)到； 目前國內(nèi)外煙氣空氣預(yù)熱器基本采用管式，或回轉(zhuǎn)式，管式占地面積達(dá)，換熱系數(shù)不高，回轉(zhuǎn)式漏風(fēng)嚴(yán)重并且維修成本較高； 目前國內(nèi)外解決金屬表面腐蝕問題，基本采用搪瓷涂層，但搪瓷涂層導(dǎo)熱系數(shù)低，不到1 W/（m·k）左右，而且搪瓷由于應(yīng)力及金屬與搪瓷線膨脹系數(shù)不一致，易導(dǎo)致崩瓷現(xiàn)象。項目階段:批量生產(chǎn)效益分析:1）新型板式水蒸氣空氣預(yù)熱器。與翅片管相比，節(jié)約水蒸汽15-30%，該項目目前屬產(chǎn)業(yè)化階段； 2）新型中間排液板式蒸發(fā)式冷凝器。與普通蒸發(fā)式冷凝器相比，節(jié)電節(jié)水30%，系統(tǒng)壓降降低約0.1MPa，該項目目前屬產(chǎn)業(yè)化階段； 3）新型板式空氣預(yù)熱器。燃煤、燃?xì)饧叭加湾仩t空預(yù)器，節(jié)能減排效果明顯，該項目目前屬產(chǎn)業(yè)化階段； 4）耐腐蝕耐磨超導(dǎo)熱疏水性石墨烯復(fù)合涂層。解決各領(lǐng)域換熱設(shè)備表面的腐蝕問題，導(dǎo)熱問題及結(jié)垢問題，節(jié)能減排效果明顯。該項目目前屬產(chǎn)業(yè)化階段。

本發(fā)明公開了一種離子增強石墨烯纖維及其制備方法，石墨經(jīng)過氧化得到氧化石墨烯，將氧化石墨烯分散于水或極性有機(jī)溶劑中，制成質(zhì)量濃度為1-20%的紡絲液溶膠，將紡絲液從紡絲頭毛細(xì)管中連續(xù)勻速擠出，進(jìn)入含有配位離子的凝固液，凝固后的初級纖維用聚四氟乙烯滾軸收集，干燥后得到離子增強的氧化石墨烯纖維，經(jīng)化學(xué)還原，得到離子增強的石墨烯纖維。紡絲工藝簡單，室溫操作，不用強腐蝕性試劑，過程綠色環(huán)保，所得離子增強石墨烯纖維力學(xué)性能優(yōu)異，有較好的韌性，可編織成石墨烯纖維布，也可與其它纖維混編成各種具有廣泛用途的織物。

信息技術(shù)快速發(fā)展使得芯片功耗顯著增大，熱量管理因而成為其中至關(guān)重要的核心環(huán)節(jié)。熱量的快速導(dǎo)出對于芯片正常運行是決定性的。具有高導(dǎo)熱能力的散熱薄膜是這方面的關(guān)鍵材料，發(fā)展高性能、低成本散熱薄膜材料已經(jīng)成為關(guān)系未來消費電子、信息技術(shù)乃至人工智能等許多領(lǐng)域的關(guān)鍵。現(xiàn)有的散熱薄膜主要采用的是聚酰亞胺薄膜經(jīng)過高溫碳化、石墨化后形成的人造石墨膜，其原材料聚酰亞胺的制備技術(shù)掌握在杜邦公司手中，成本昂貴，國內(nèi)散熱膜加工企業(yè)的利潤率不斷受到擠壓。

一.項目簡介本項目生產(chǎn)的鑄型尼龍(MC尼龍）/石墨烯復(fù)合材料克服了普通MC尼龍低溫韌性較差, 沖擊強度偏低, 尺寸穩(wěn)定性不好, 高負(fù)荷下耐磨性、自潤滑性欠佳，磨損率較大等缺點。表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能，可廣泛應(yīng)用于制備軸承、齒輪、滑輪等，尤其是制備一些不能由壓塑或者擠塑法制備的大型器件。該產(chǎn)品制備過程極其簡單。二.市場前景鑄型尼龍(MC尼龍）是目前應(yīng)用最廣泛的工程塑料之一，高性能鑄型尼龍(MC尼龍）取代銅、鋁、鋼和鐵等金屬材料是今后工程塑料的主要發(fā)展方向。三.規(guī)模與投資本項目特別適合現(xiàn)有MC尼龍的企業(yè)，基本不需要額外投資。對于新建企業(yè)，進(jìn)口設(shè)備和國產(chǎn)設(shè)備差異較大，如果選用國產(chǎn)人工澆鑄，投資很少。四.生產(chǎn)設(shè)備主要設(shè)備：反應(yīng)釜，澆鑄設(shè)備五.效益分析每噸產(chǎn)品利潤約2000-3000元。六.合作方式技術(shù)轉(zhuǎn)讓

1、主要功能及應(yīng)用領(lǐng)域 透明電極在太陽能電池、有機(jī)發(fā)光二極管、觸摸屏等光電器件中具有重要的應(yīng)用價值，目前應(yīng)用最多的用氧化銦錫（ITO）為制造的透明電極，但I(xiàn)TO存在脆性大，無法彎曲，近年來隨著光電器件對透明電極需求的增加，銦的價格也大幅提高。由于石墨烯產(chǎn)業(yè)化后的預(yù)期成本低，成為柔性透明電極的主要材料之一，但在實際中由于大面積石墨烯總會存在一定的缺陷，影響了其導(dǎo)電率，本項目結(jié)合石墨烯和納米金屬網(wǎng)孔的優(yōu)勢制備出石墨烯和金屬網(wǎng)孔復(fù)合膜柔性透明電極。 2、特色與先進(jìn)性技術(shù)指標(biāo) 特色：利用低成本、無污染的溶膠在透明基底形成網(wǎng)狀模板，利用模板制作金屬網(wǎng)格；通過轉(zhuǎn)移石墨烯在金屬網(wǎng)格上制作一種石墨烯/金屬網(wǎng)格復(fù)合電極。其復(fù)合電極表現(xiàn)出優(yōu)異的光電特性。通過結(jié)合單層石墨烯的高透光性和金屬網(wǎng)格的導(dǎo)電性，有效地彌補了化學(xué)氣相沉積法（CVD）-石墨烯多晶結(jié)構(gòu)的缺陷和金屬網(wǎng)格不利于制作依賴垂直電流傳輸器件的的缺點，從而提高透明復(fù)合電極的光電特性。 圖1 制備的石墨烯及拉曼圖，可以看到非常清楚的2D峰，右圖為金屬網(wǎng)孔的顯微圖。 3.技術(shù)指標(biāo) 復(fù)合電極：面電阻為 21.2 、透光率為92%（在550nm波長測得），下圖表明其寬帶的透射光譜特性。 圖2 復(fù)合電極的透過率 將復(fù)合電極制作在PET基底上，使其可以表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械柔軟性。在將透明電極從正向到反向彎曲，其彎曲角度從-150o達(dá)到150o時，其電導(dǎo)率也只下降3.4%，反復(fù)彎折100次，電導(dǎo)率幾乎沒有什么變化。 4、產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵性問題 高性能的透明電極在許多光電器件是必不可少的，例如觸摸屏、光伏電池、有機(jī)發(fā)光二極管等。目前商業(yè)上，由于氧化銦錫（ITO）薄膜的高光學(xué)透過率、低面電阻和成熟的制造工藝，在作為透明電極方面已廣泛地應(yīng)用在各種光電器件中。但銦是稀有金屬，在地殼中的分布量比較小且分散，主要以微量存在于錫石和閃鋅礦中，且隨著液晶顯示器和觸摸屏等產(chǎn)品的普及，因此銦的價格在急劇上漲。此外，氧化銦錫透明電極缺乏柔韌性，不易彎曲，化學(xué)穩(wěn)定性差，不適合應(yīng)用于柔性透明電極。 傳統(tǒng)上制備金屬網(wǎng)采用光刻法及蝕刻工藝。但是，通過采用光刻法制備的金屬網(wǎng)格不僅成本較大、工藝復(fù)雜、效率低，而且在制備的工藝條件、設(shè)備要求也較高。 本實驗采用了低成本高效率的方法制備金屬網(wǎng)格，再通過CVD法生長大面積石墨烯并轉(zhuǎn)移在金屬網(wǎng)格上。實驗過程中工藝簡單、成本低、效率高，并可制備大面積-高質(zhì)量的透明電極。

透明電極在太陽能電池、有機(jī)發(fā)光二極管、觸摸屏等光電器件中具有重要的應(yīng)用價值，目前應(yīng)用最多的用氧化銦錫（ITO）為制造的透明電極，但I(xiàn)TO存在脆性大，無法彎曲，近年來隨著光電器件對透明電極需求的增加，銦的價格也大幅提高。由于石墨烯產(chǎn)業(yè)化后的預(yù)期成本低，成為柔性透明電極的主要材料之一，但在實際中由于大面積石墨烯總會存在一定的缺陷，影響了其導(dǎo)電率，本項目結(jié)合石墨烯和納米金屬網(wǎng)孔的優(yōu)勢制備出石墨烯和金屬網(wǎng)孔復(fù)合膜柔性透明電極。

粉末涂料是一種新型的100%固體粉末狀涂料，無溶劑、可回收、環(huán)保無毒、性能優(yōu)異；石墨烯超薄超輕、比表面積超大，力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能優(yōu)異，是制備特種功能涂料的理想材料，我司依托廈門大學(xué)石墨烯工程與產(chǎn)業(yè)研究院雄厚的技術(shù)實力進(jìn)行石墨烯粉末涂料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，相關(guān)技術(shù)難題已取得長足突破，產(chǎn)業(yè)化前景明朗。石墨烯不僅可以改善涂層的物理機(jī)械性能，也可用于制備防腐、導(dǎo)電、散熱、電磁屏蔽等特種功能涂料，目前公司已規(guī)劃多條石墨烯粉末涂料生產(chǎn)線，預(yù)計投產(chǎn)后可實現(xiàn)5000噸的年產(chǎn)能，相關(guān)產(chǎn)品已通過國家權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢測認(rèn)證，在五金、建筑、管道、3C、電器、能源、汽車及其零部件等領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景，市場反饋良好。