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半焦是利用低變質非煉焦煤低溫干餾所制得的固體產物，以其固定碳含量高（ >82% ）、電阻率高、化學活性高、灰分低（ <6% ）、低鋁、低硫（ <0.3% ）、低磷等特性，已逐步取代冶金焦而廣泛應用于電石、鐵合金、碳化硅等產品的生產。在半焦生產過程中，約有 10% 的半焦焦粉因粒度小，不符合生產工藝要求而未能加以利用。本項目 通過在半焦焦末中添加金屬、金屬化合物或非金屬及其化合物并進行中低溫熱處理，在比通常石墨化所必要的溫度更低時進行石墨化，并且因為金屬或非金屬粒子與碳原子的結合可同時實現功能化石墨粉的制備。可作為功能材料、添加劑、電極材料、貯氫材料等，廣泛應用于國防和民用領域，成為現代工業及高、新、尖技術發展必不可少的非金屬材料。

石墨電極在是冶金化工領域的大宗消耗材料，尤其是在鋼鐵冶金、鋁電解、鎂電解、多晶 硅、稀土冶金等高能耗產業，電極石墨的電阻率是影響產品能耗的關鍵因素之一，僅以鎂電解 為例，以目前最大的430kA金屬鎂電解槽來計算，陽極石墨電阻率每降低1Ωμ. m，將使每噸鎂 直流能耗下降375kWh，其節能效果十分明顯。目前我國電極石墨的電阻率一般在8-12Ωμ. m， 國外最先進指標為5Ωμ. m，我國的產品與國外相比差距較大，是造成冶金行業高能耗的原因之 一。本課題組開發了新型電極石墨制造工藝與配方，產品電阻率已經達到5.02Ωμ. m,與國際最 好水平相當，對促進節能降耗具有重要價值。 該技術主要是優化了新型石墨配方與制備工藝，大大降低石墨電阻率，同時提高了石墨電 極強度，經過表面處理的石墨電極，抗氧化強度提高了188倍，大大延長石墨電極高溫腐蝕條 件下的使用壽命。

一、 項目簡介石墨是典型的層狀結構材料，具有良好的導電性，潤滑性，化學穩定性。被廣泛用于冶金、電氣、機械等工業領域。直接使用卻具有密度大，分散度差等缺點。 石墨烯是碳原子緊密堆積成的單層蜂窩狀晶格結構的一種碳質新材料，是一種二維晶體，是構建其他維數碳質材料（如零維富勒烯、一維碳納米管、三維石墨）的基本單元。其性能遠遠高于石墨材料。石墨烯的理論研究已有 60 多年的歷史，但一直以來，人們普遍認為這種嚴格的二維晶體結構由于熱力學不穩定性而難以獨立穩定存在。直到 2004 年，英國曼徹斯特大學的研究組利用膠帶剝離高定向石墨的方法獲得了獨立存在的二維石墨烯晶體，為二維體系的實驗研究提供了廣闊的空間。目前石墨烯的制備方法有微機械剝離法、化學氣相沉積法（CVD）、外延生長法、電化學法、氧化石墨還原法等，其中機械剝離法得到的石墨烯片量少，隨機性大；CVD方法和外延生長法大多以SiC作為基底，成本高，可控性差；電化學方法的得到的石墨烯量較少，不易控制。氧化石墨還原法是通過在石墨表面引入含氧官能團，增大層間距，從而減小層之間的范德華力，然后通過超聲等方法改變其雜化狀態，再通過還原得到石墨烯。氧化石墨還原法以其低成本的優點成為目前使用最廣泛的方法之一，本發明涉及一種采用溶劑熱法在低溫下制備氧化石墨烯的方法，屬于功能材料制備技術領域。二、 項目技術成熟程度目前氧化石墨烯的制備方法主要是Hummers方法。該方法在敞開體系中，需要在制備氧化石墨烯的過程中采用先降溫，再分兩步升溫的三步法, 以及冷凝回流等輔助設備，過程中需要精確控制反應溫度且溫度高達98 °C，制備出來的氧化石墨烯還需要長時間超聲，步驟繁瑣，產物的濃度較低，不適合大量生產。本項目采用溶劑熱法在低溫下制備氧化石墨烯，減少了氧化劑的用量和生產時間。氧化石墨可以通過處理得到具有不同分散特性的母液。也可以直接進行還原,得到石墨烯。而且樣品在不干燥的條件下極易溶于水等溶劑，產量較大，大大減少了超聲的時間。三、 技術指標（包括鑒定、知識產權專利、獲獎等情況）該項目已經申請中國專利并于2013年獲得授權 （ZL201110414315.7），與該項目相關的工作也在國際期刊上進行了發表，但是仍有很多問題一直困擾商業化進程。我們實驗室也一直在圍繞各種問題開展工作。四、 市場前景（應用領域、市場分析等）石墨烯的水熱前驅體為氧化石墨，具有完全拉伸的層間距和外層表面富氧官能團，因此可以根據需求進行各種定向修飾，從而實現其親水、親油、高分散度、高電導率等特性，作為添加劑可以有效改善化工、冶金、電氣工業材料的性能，從而實現高回報率。五、 規模與投資需求（資金需求、場地規模、人員等需求）以石墨為原料，首先需要制備石墨烯的前驅體氧化石墨，再經后處理過程獲得各種性能石墨烯材料。由于后處理過程相對繁瑣， 耗時耗力，其資金投入完全取決于后處理工藝的優化情況。前期投入100萬元，其中包括設備費40萬， 原料費10萬， 占地100平米，人員5-10人，完全可以達到每天生產1公斤石墨烯產品。六、 生產設備玻璃器皿，反應釜， 超純水裝置，烘箱，超聲波設備，電動攪拌器，旋轉蒸發儀，離心機等基本設施。七、 效益分析功能化石墨烯是高附加值產品，目前市場上以克為單價銷售，價格在500元左右。以每日1公斤生產量計算，每天銷售額會達到50萬元。八、 合作方式多種方式可以選擇，主要是河北工業大學負責產品研發升級，企業一方負責生產與銷售。九、 項目具體聯系人及聯系方式（包括電子郵箱）項目聯系人： 任鐵真電話： 022 60204909郵箱： [email protected]

以石墨烯為模板的少層石墨雙炔薄膜的液相范德華外延生長法。以原子級平整的二維石墨烯為基底，采用極低的單體濃度（0.04 mM），在室溫下進行偶聯反應，通過溶液相范德華外延的方法，成功制備得到了大面積均勻連續的高質量、少層石墨雙炔薄膜，高分辨透射電鏡和光譜表征證實了其高質量單晶結構。該石墨雙炔薄膜為ABC堆垛的三層結構，電子衍射顯示石墨雙炔/石墨烯薄膜具有兩套單晶衍射點，分別對應于石墨雙炔和石墨烯的單晶衍射圖案，結果表明生長在石墨烯上的石墨雙炔與下層石墨烯的晶格取向夾角為14°。

南方科技大學材料科學與工程系講席教授王湘麟課題組在基于納米石墨烯的高性能單原子電催化劑、C60衍生物高效儲鋰、CSPbBr3量子點鐵電性質研究等取得重要進展。相關論文發表于Nano Energy(IF：15.548)；ACS nano (IF：13.903)；《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society，IF：14.695)。發展高效穩定的非鉑基電催化劑對質子交換膜電池等清潔能源轉換裝置的大規模應用具有關鍵作用。王湘麟團隊基于結構明確的納米石墨烯，合成了單原子鐵-氮-碳氧還原催化劑，其催化活性接近商業Pt/C，并具有高循環穩定性。我校物理系副教授徐虎和物理系博士后黃祥構建了理論計算模型并模擬電催化反應過程。在鋰電池電極材料方面，王湘麟團隊與臺灣大學高分子科學與工程研究所教授王立義(Wang Leeyih)團隊合作，基于C60衍生物開發高性能的儲鋰材料，研究論文發表于ACS Nano。王湘麟團隊與吉林大學化學學院袁宏明教授合作，首次發現全無機鹵化物鈣鈦礦CsPbBr3量子點具有出色的鐵電性，研究論文發表于《美國化學會志》。

在 雙金屬氮雜富勒烯 Gd2@C79N 的分子結構和量子比特行為這一體系中可以實現對任意疊加態的操控，并可應用于 Grover 算法中。直流磁化率測試表明，碳籠上氮原子取代引入的自由基轉移到內部釓離子之間，并與兩個釓離子發生強的鐵磁耦合（耦合常數 JGd-Rad = 350 &plusmn; 20 cm-1 ），使體系呈現出 S = 15/2 的高自旋基態。連續波電子順磁共振（ cw-EPR ）測試在 0-6000 G 磁場范圍內觀測到了 22 個躍遷，通過自旋哈密頓量的擬合可以確定 Gd2@C79N 中豐富的多能級結構。脈沖 EPR （ pulse EPR ）則可以通過自旋回波（ spin echo ）信號研究體系中的退相干行為。在 5 K 溫度下， 2-6000 G 磁場范圍內，高自旋 Gd2@C79N 仍然具有微秒量級的退相干時間， 如此長的退相干時間使得對任意自旋疊加態的操控成為可能。自旋回波章動實驗證明了體系中多樣性拉比循環（ Rabi Cycle ）的存在，拉比頻率則可由旋轉波近似的方法從 22 個躍遷推演計算，并且得到與實驗數據一致的結果，進一步驗證了 Gd2@C79N 的 22 個躍遷非常適合用于量子操作。

本發明提供了一種石墨復合架空地線及其制備方法，包括由第一復合石墨線構成的內芯、由第二復 合石墨線繞內芯外側縱向排列構成的次外層和由金屬纖維繞次外層編織獲得的最外層，次外層完全包裹 內芯，最外層完全包裹最外層；其中，第一復合石墨線由復合石墨帶捻合獲得，第二石墨線由復合石墨 帶繞金屬纖維捻合獲得，復合石墨帶包括兩層蠕蟲石墨層和敷設于兩層石墨層間的骨架纖維、碳纖維， 骨架纖維和碳纖維包覆有粘合劑層。本發明具有重量輕、低電阻、低感抗、低集膚效應的優點，

以自粘結富碳物質（生焦、炭微球）為原料，添加高純石墨粉、短切炭纖維或石墨烯，通過預處理、混合、等靜壓成型、焙燒、后處理等工藝制成高密高強高純各向同性石墨材料，其各項性能參數如下：抗壓強度（MPa）  ＞130    抗折強度（MPa）   ＞50肖氏硬度（HS）     70±5    導熱系數（KJ/m）  ＞60體積密度(g/cm3)     ≥1.90    開口氣孔率（%）   ≤1.80摩擦系數    ≤0.2高密高強高純各向同性石墨材料的應用領域包括精密機械密封、苛刻服役環境下的機械（發動機）密封、超高溫結構件、電火花加工、火箭噴口等。目前已應用于某型發動機二級游動渦輪泵雙端面密封裝置、某型發動機液氧渦輪泵氦氣接觸式端面密封、無控火箭彈噴管專用石墨等。