科技日報??作者：滕繼濮 韓榮

國家和行業(yè)應該盡快將石墨烯材料的判定標準化。但是，讓石墨烯材料判定有據(jù)可依，是一項非常具有挑戰(zhàn)性和難度的工程。如果想出臺一個判定標準，必須盡可能了解每一種石墨烯材料的特性和制備方法。在企業(yè)和科研人員的商討碰撞中才能產(chǎn)生實操性較強、相對準確的判定標準。

在過去的2023年電影春節(jié)檔中，不少觀眾被《流浪地球2》中的“硬科技”元素所震撼。其中直沖云霄的“太空電梯”更是奪人眼球，石墨烯是建設太空電梯的理想材料之一。

石墨烯被稱為“新材料之王”，具備優(yōu)異的導電性、出色的機械性能、極高的導熱性等，是一種具有廣泛應用前景的納米材料，近年來不斷受到市場追捧。然而事實上，什么是石墨烯，如何判定石墨烯材料的優(yōu)劣至今沒有準確的判定標準。

日前，由中國科學院山西煤炭化學研究所(以下簡稱中科院山西煤化所)獨立提出并完成、歷時4年修改完善的燃燒法測量石墨烯基材料灰分含量國際標準，經(jīng)中國、加拿大、德國等多國科學家審核后正式發(fā)布。

該方法完善了石墨烯基材料測試標準體系，顯著提高了石墨烯基材料灰分測試效率和分析結(jié)果的準確性，得到國內(nèi)外科學家和產(chǎn)、學、研、檢、用單位的高度認可。

石墨烯雜質(zhì)過多影響產(chǎn)品品質(zhì)

“石墨烯基材料中的灰分，事實上就是石墨烯材料中的雜質(zhì)。”日前，中科院山西煤化所709課題組成員黃顯虹在接受記者采訪時表示，灰分是石墨烯材料在制備過程中，不可避免地因為原料、試劑、設備、環(huán)境等因素引入的雜質(zhì)，雜質(zhì)過多則會影響石墨烯產(chǎn)品品質(zhì)，甚至影響石墨烯復合材料性能。

在生產(chǎn)應用過程中，為了盡可能發(fā)揮石墨烯材料性能，必須保證它的純度在一定范圍內(nèi)。

但石墨烯基材料的灰分測量并無經(jīng)驗可以遵循，很多石墨烯生產(chǎn)、使用企業(yè)對于灰分指標測試“束手無策”，對全行業(yè)來說是一項空白。

中科院山西煤化所709課題組組長陳成猛介紹，石墨烯材料在燃燒后會形成二氧化碳和水，燃燒過后留下的就是灰分。通過測量燃燒后留下的灰分就可以知道石墨烯的純度。

“經(jīng)過數(shù)年研究，在某些精密行業(yè)應用時，我們認為雜質(zhì)含量需要控制在0.1%以內(nèi)，雜質(zhì)含量高于這個水準線的石墨烯產(chǎn)品會嚴重影響到石墨烯復合材料的服役性能。”陳成猛解釋。

但無論是企業(yè)還是研究機構，并非不愿測量石墨烯中的灰分，而是缺少文件來指導正確測試。

經(jīng)過多年打磨，課題組逐漸完善了一整套檢測辦法。隨后，709課題組又聯(lián)系了多家企業(yè)做比對實驗，在同中國、加拿大、德國等國家專家組數(shù)次匯報，采納國際電工委員會納米電工產(chǎn)品與系統(tǒng)技術委員會內(nèi)成員國意見后，燃燒法測量石墨烯基材料灰分含量國際標準正式發(fā)布，合格石墨烯有了新的測試標準。

判定標準化任重道遠

作為在材料學、微納加工、能源等方面具有重要應用前景的新型材料，石墨烯材料近年來被廣泛應用。但黃顯虹指出，正是因為石墨烯材料本身熱度太高，市場上出現(xiàn)了很多魚龍混雜的現(xiàn)象，早日為石墨烯劃定標準成為行業(yè)共識。

黃顯虹呼吁，國家和行業(yè)應該盡快將石墨烯材料的判定標準化。她同時指出，讓石墨烯材料判定有據(jù)可依，是一項非常具有挑戰(zhàn)性和難度的工程。

“石墨烯材料本身是一個非常龐大的家族，制備方法不盡相同，材料特性也千差萬別，所以難以提出一個讓大家都滿意的判定標準。”黃顯虹認為，如果想出臺一個判定標準，必須盡可能了解每一種石墨烯材料的特性和制備方法。在企業(yè)和科研人員的商討碰撞中才能產(chǎn)生實操性較強、相對準確的判定標準。

“目前，雖然已經(jīng)出臺了一系列的石墨烯標準，但是仍然缺乏很多關鍵性的控制和測試標準。灰分含量只是判定標準中很小一部分，還需要再制定更多的標準共同判斷真假、評價優(yōu)劣。”黃顯虹說。