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石墨烯橡膠復(fù)合材料的制備是一個挑戰(zhàn)性的國際難題，采用常規(guī)方法難以制備。四川大學(xué)在國際上首次提出膠乳混合和原位還原的方法制備石墨烯橡膠納米復(fù)合材料。解決了石墨烯的剝離和均勻分散難題，材料的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電、阻隔等綜合性能大幅度提高。提出了材料增強(qiáng)、阻隔、耐疲勞機(jī)理。研究工作被國際權(quán)威專家評價“他們的發(fā)現(xiàn)闡明了石墨烯用于天然橡膠增強(qiáng)的巨大潛力”。

2020年2月7日，在東南大學(xué)孫立濤教授的建議下，其研發(fā)的“石墨烯基KN95口罩”聯(lián)合合作單位近日將40萬只以最快的速度直接發(fā)往武漢。這款石墨烯基KN95口罩由孫立濤教授研發(fā)。2016年，經(jīng)第三方測試，這種口罩對PM2.5的去除率高達(dá)97.1%。 這款口罩將石墨烯復(fù)合物溶液噴涂于過濾網(wǎng)上，能夠有效去除（干、濕）空氣中的粉塵及PM2.5。目前市場上多數(shù)口罩是通過靜電吸附微小顆粒物，但呼吸的水汽會讓靜電消失，配戴一個小時吸附效果就會顯著下降而致吸附失效。石墨烯基口罩借助石墨烯超大的比表面積優(yōu)勢可實現(xiàn)對微小顆粒物的直接吸附，不存在遇水汽失效問題，可以長時間保持高效吸附率，其防護(hù)效果級別達(dá)到了2016年新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高級別：A級。

這款口罩將石墨烯復(fù)合物溶液噴涂于過濾網(wǎng)上，能夠有效去除（干、濕）空氣中的粉塵及PM2.5。目前市場上多數(shù)口罩是通過靜電吸附微小顆粒物，但呼吸的水汽會讓靜電消失，佩戴一個小時吸附效果就會顯著下降而致吸附失效。石墨烯基口罩借助石墨烯超大的比表面積優(yōu)勢可實現(xiàn)對微小顆粒物的直接吸附，不存在遇水汽失效問題，可以長時間保持高效吸附率，其防護(hù)效果級別達(dá)到了2016年新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高級別：A級。2016年，經(jīng)第三方測試，這種口罩對PM2.5的去除率高達(dá)97.1[%]。因為此次肺炎疫情中的病毒目前主要通過飛沫或在空氣中形成氣凝膠傳播，與通常的霧霾顆粒類似，所以石墨烯基口罩的防病毒功能很好。

首次提出石墨烯纖維的概念，提出液晶濕法紡絲策略實現(xiàn)了石墨烯纖維的連續(xù)制備及高性能化，開辟了從石墨制取碳纖維的全新路徑 一、項目分類 重大科學(xué)前沿創(chuàng)新 二、技術(shù)分析 本成果具有創(chuàng)新性、先進(jìn)性。從高校的原創(chuàng)科學(xué)到原創(chuàng)技術(shù)，再到工程化推進(jìn)，且已實現(xiàn)量產(chǎn)的技術(shù)成果。 成果第一完成人帶領(lǐng)科研與產(chǎn)業(yè)兩支隊伍，面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，在單層氧化石墨烯及其宏觀組裝材料的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同發(fā)展方面開展科學(xué)研究、技術(shù)轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化攻堅，獲得的成果如下： 發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯纖維在溶劑作用下精確可逆融合與分裂現(xiàn)象，揭示了二維大分子的獨特界面效應(yīng)，打破纖維越粗越弱的Griffith定律，為未來粗且強(qiáng)的高性能纖維制備提供了新的理論依據(jù)，成果發(fā)表在Science雜志上；(2)發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯的層狀和手性液晶新相態(tài)，為石墨烯宏觀有序組裝材料提供了理論基石；(3)首次提出石墨烯纖維的概念，提出液晶濕法紡絲策略實現(xiàn)了石墨烯纖維的連續(xù)制備及高性能化，開辟了從石墨制取碳纖維的全新路徑；(4)建立了較系統(tǒng)的液固相轉(zhuǎn)變組裝方法學(xué)，制備出“世界最輕固體”石墨烯超輕氣凝膠，突破固體表觀密度極限；解決了宏觀材料高導(dǎo)熱和高柔性不能兼顧的難題，獲得了高導(dǎo)熱超柔性石墨烯導(dǎo)熱膜。 發(fā)明的新型石墨烯纖維，得到了Nature在線新聞（2011, 78）、Nature 石墨烯增刊（2012, 483, S33）等雜志期刊的高度評價：“石墨烯物理性能優(yōu)異，但要駕馭這些性能，必須找到能將優(yōu)異性能納米級粒子轉(zhuǎn)化為宏觀材料的方法。來自中國杭州浙江大學(xué)的許震和高超正好實現(xiàn)了這一目標(biāo)”等。石墨烯纖維打結(jié)圖與美國奮進(jìn)號、俄羅斯聯(lián)盟號飛船等一起入選了Nature 2011年度最具影響力圖像，入選理由為:“這一400微米石墨烯結(jié)由中國浙江大學(xué)許震和高超制備，顯示了納米尺度精巧的結(jié)構(gòu)控制。許和高將氧化石墨烯液晶紡制成米級柔性纖維并轉(zhuǎn)化成石墨烯紗線”。成果第一完成人“因石墨烯纖維的基礎(chǔ)研究工作”，獲得首屆錢寶鈞纖維材料青年學(xué)者獎。 獲得的多維度多功能石墨烯宏觀組裝材料，得到了Nature（Nature 2013, 494, 404）、（Nature 2013, 497, 448）及Advanced Science News等的亮點評價或撰文評價：“浙江大學(xué)高超團(tuán)隊用非模板法獲得了導(dǎo)電、彈性并且密度低于空氣的固體泡沫材料”，“浙江大學(xué)高超教授及同事報道了具有超高導(dǎo)熱且超柔性特性的石墨烯材料。這樣的設(shè)計理念和實驗策略能夠拓展至其他二維納米材料中，使得很多大面積多功能的二維材料能夠應(yīng)用到現(xiàn)實世界的柔性器件中，從航空航天到智能手機(jī)，不一而足”等。超輕石墨烯氣凝膠獲得了 “世界最輕固體”吉尼斯世界紀(jì)錄，入選了“2013中國十大科技進(jìn)展新聞”。 在Science、Nat. Electron.、Sci. Adv.、Adv. Mater.等國際知名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文240余篇，連續(xù)四年入選科睿唯安全球“高被引科學(xué)家”。授權(quán)中國發(fā)明專利百余件、國際專利8件。承擔(dān)國家自然基金委重大、重點、杰青項目及軍科委、科工局等項目10多項，項目總經(jīng)費近億元。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油開采、油品運輸?shù)冗^程的泄漏造成了越來 越嚴(yán)重的環(huán)境污染，并已嚴(yán)重威脅到人類的生存。如何有效的祛除這些油類污 染物成為了全球性的研究課題。為此，我們以石墨烯為原材料，成功制備了一 種新型的石墨烯海綿。 石墨烯是一種由碳原子以特殊結(jié)構(gòu)排列而成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料是世 上已知的最薄、最堅硬的納米材料，而且它的柔韌性也很強(qiáng)，對芳香性的分子 具有很強(qiáng)的吸附能力。利用石墨烯的這些特性，我們將石墨烯和聚合物復(fù)合到 一起，通過原位聚合的方法合成了石墨烯海綿（如下圖 1 所示）。石墨烯海綿 的合成過程簡單，條件溫和，海綿的形狀和大小可以通過改變?nèi)萜鞯男螤詈痛?小來控制，成本低，可大規(guī)模批量生產(chǎn)。所制成的海綿具有親油疏水、大孔徑、 高彈性等特點，能夠特異性的吸附水體中的油類（如：汽油、柴油、原油等） 和有機(jī)污染物（如：四氯化碳、正己烷、環(huán)己烷等），并且利用其彈性可以將 吸附的油類污染物擠出，可進(jìn)行循環(huán)利用。因此，這種新型石墨烯海綿在處理 油水混合物領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，可以用于處理海洋溢油，含油廢水，生 活污水等。 

團(tuán)隊研究后發(fā)現(xiàn)，樟腦與石墨烯表面吸附能較小，作為輔助轉(zhuǎn)移層時可以僅通過室溫下干燥升華、低溫短時間退火或無水乙醇試劑清洗被完全除去。這避免了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移方法中去除轉(zhuǎn)移支撐層所使用的有機(jī)試劑長時間浸泡和高溫退火等操作，減少了對石墨烯薄膜的品質(zhì)損壞，并擴(kuò)展了石墨烯在諸多柔性基底上的應(yīng)用。 除此之外，在使用自制的樟腦溶液旋涂至石墨烯薄膜上并刻蝕掉銅基底時，石墨烯薄膜周圍形成了一層樟腦油包圍層，對石墨烯薄膜提供了緊固保護(hù)。團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，由于樟腦油層在

升溫迅速、采暖舒適、高效節(jié)能環(huán)保、保健作用、強(qiáng)度高，重量輕、安裝方便、運行費用低、控制靈活、壽命長久、安全可靠。

石墨烯具有優(yōu)異的機(jī)械,導(dǎo)電以及導(dǎo)熱性能,在納米科學(xué)和材科領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值,尤其是在電容器,傳感器,柔性薄膜電路以及復(fù)合材料等方面已經(jīng)吸引全球科學(xué)界和工業(yè)界廣泛的關(guān)注。本技術(shù)以氧化石墨烯(GO)為前驅(qū)體,同步還原與修飾GO,制備了多種環(huán)氧/石墨烯功能納米復(fù)合材料該石墨烯氣凝膠具有低密度,開孔結(jié)構(gòu),高導(dǎo)電性以及良好的機(jī)械性能與成型性等優(yōu)點。通過真空輔助浸漬成型法,制備了高導(dǎo)電的環(huán)氧／三維石墨烯納米復(fù)合材料,當(dāng)石墨烯含量為體積分?jǐn)?shù)適當(dāng)時,復(fù)合材料的電導(dǎo)率達(dá)到4×10-2S/m,比純環(huán)氧基體提高了13個數(shù)量級。良好導(dǎo)電性能的原因是石墨烯氣凝膠在制備復(fù)合材料過程中保持了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整性,而且與聚合物基體浸潤性良好。

項目采用石墨烯改性方法制備的石墨烯導(dǎo)電纖維，其表面電阻為表面電阻104～105歐姆，耐水洗和皂洗，具有導(dǎo)電、遠(yuǎn)紅外發(fā)射、防紫外、抗菌抑菌、自清潔和拒水等功能。