石墨烯基材料的安全评估: 全面概述

最近发表在《Small》杂志上的一篇评论强调,随着石墨烯及其衍生物在各行各业的应用不断扩大,有必要对其进行全面的安全评估。 作者认为,安全评估必须成为开发过程的核心组成部分,而不是事后的想法。

研究背景

石墨烯基材料具有高导电性、机械强度和大表面积等优异特性,因此在电子、能源和生物医学等多个领域引起了广泛关注。

然而,它们的纳米级尺寸和独特的表面化学性质在与生物系统相互作用时会带来潜在风险。随着这些材料进入消费和医疗应用领域,对其安全性进行评估成为当务之急。

现有研究揭示了石墨烯及其衍生物的一系列生物反应,凸显了它们与生物体相互作用的复杂性。这些研究结果表明,有必要进行严格的安全评估,以应对潜在风险。使问题更加复杂的是,由于缺乏标准化的测试协议,解释数据和制定监管准则变得十分困难。

本综述综述了有关石墨烯基材料的毒理学和生态毒理学效应的现有知识,以支持在保护人类健康和环境的同时做出知情决策。

关键研究

本综述重点介绍了几项重要研究,这些研究极大地促进了人们对石墨烯基材料安全性的了解。

其中一项研究以斑马鱼为模式生物,检测了氧化石墨烯 (GO) 的毒性。结果表明,接触 GO 会导致发育异常,从而引发了人们对其在生物医学应用中的潜在风险的担忧。

另一项重要研究的重点是 GO 对小鼠肺部的影响,结果表明,较大的 GO 片材比较小的片材会引发更严重的炎症反应。这一发现强调了在安全评估中考虑材料尺寸的重要性。综述还讨论了对人类细胞系进行的体外研究,这些研究表明,GO 可以引起细胞毒性效应,特别是在浓度较高的情况下。

这些研究共同说明了石墨烯与生物系统相互作用的复杂性,以及采用细致入微的方法进行安全评估的必要性。

结果与讨论

各种研究结果突出表明了生物对石墨烯基材料反应的差异性,毒性受尺寸、形状、表面化学和接触途径等因素的影响。某些形式的石墨烯显示出低毒性和良好的生物相容性,而其他形式的石墨烯则与不良反应有关,包括炎症、氧化应激和细胞毒性。研究表明,氧化应激和炎症反应是驱动这些毒理效应的关键机制。

了解石墨烯材料在生物系统中的生物分布至关重要,因为这些知识可以指导设计更安全的产品和应用。对标准化测试协议的需求显而易见,因为这些协议将有助于在各项研究中进行一致、可靠的安全性评估。此外,研究人员、监管机构和行业利益相关者之间的合作对于为负责任地使用石墨烯技术制定强有力的安全指南至关重要。

通过在石墨烯研究中培养责任文化,这项工作强调了科学进步绝不应以牺牲健康或环境标准为代价。

期刊参考

Fadeel B., et al. (2025). Safety assessment of graphene-based materials. Small. DOI: 10.1002/smll.202404570, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202404570

打造“烯”引力,湖北省石墨烯产业技术创新中心在武汉江岸揭牌

1月21日,湖北省石墨烯产业技术创新中心揭牌仪式暨“金桥面对面”石墨烯产业链交流活动在江岸区创业中心大楼成功举办,标志着江岸区与武汉理工大学携手共建的湖北省石墨烯产业技术创新中心正式投入运营,成为江岸区创新发展“彼岸计划”的璀璨开篇。

石墨烯被业界称为本世纪最具颠覆性的新材料,集超高载流子迁移率、超高强度、超高导电性、超高导热性、超高比表面积与高透光等众多优异性于一体,在储能、传感器等诸多领域均有巨大的应用潜力。

据悉,湖北省石墨烯产业技术创新中心将致力于建成国内领先的石墨烯研发、生产、器件设计与加工全产业链产业示范基地,打造石墨烯技术创新与成果转化的加速器。

“今天我们在这里为创新中心揭牌,是以武汉理工大学为代表的高校科技创新成果在江岸区落地转化的新平台、新起点。”武汉理工大学党委常委、副校长刘春江表示,创新中心揭牌必将进一步促进校地、校企在人才培养、技术创新等方面的深度合作,有利于促进江岸区“彼岸计划”的有效实施。

极目新闻记者了解到,江岸区坚持把创新作为城区转型发展主导战略,充分利用武汉科教人才资源优势,实施创新发展“彼岸计划”,打造武汉科创服务业集聚区,不断增强高质量发展的科技硬实力。为进一步支撑“彼岸计划”落地,还出台科技创新“岸九条”政策,实施“种子企业育苗工程”“瞪羚企业培育工程”“中小企业集聚工程”等。

作为江岸区“彼岸计划”成果转化创新行动、种子企业培育行动、创新团队集聚行动等五大行动的首个落地项目,同时也是江岸区与武汉理工大学等高校合作共建的三大创新平台之一,湖北省石墨烯产业技术创新中心的成立,在深度推进石墨烯新材料领域的技术革新、成果转化与企业孵化的同时,将促进石墨烯新材料领域科技成果向江岸区转移转化,推动石墨烯新材料领域企业向江岸区集聚,推进江岸产业加快转型升级。

活动现场,还举行了湖北省石墨烯产业技术创新中心首席科学家及7位技术顾问的聘书颁发仪式,并见证了武汉理工大学成果转化中心江岸分中心的揭牌、江城彼岸新材料天使基金以及首批入驻创新中心企业的签约仪式。

揭牌仪式后,“金桥面对面”石墨烯产业链交流活动随即拉开帷幕。众多行业专家、学者及企业代表,围绕石墨烯产业的发展趋势、技术创新与市场应用等前沿议题展开了深入交流与探讨。

“有研报显示,2023年-2029年,高导热性和柔性热界面材料(TIM)市场每年呈7%左右的复合增长,2025年达4.5亿美元,2029年增长至5.5亿美元。其中最大市场在中国本土。”湖北省宏观石墨烯创新中心科技有限公司总经理黄彧介绍,当前TIM材料市场主要以导热凝胶厂家为主,随着AI集群和超算中心的建设热潮来临,其导热系数和可靠性均面临巨大挑战,“湖北省宏观石墨烯创新中心的成立正当其时,大有可为!”

来源:极目新闻

2025年展会论坛信息汇总

2025第二十二届中国国际科学仪器及实验室装备展览会

时间:2025年3月30日-4月1日

地点:中国国际展览中心(顺义馆)

为深入贯彻落实习近平总书记关于加快实现高水平科技自立自强的指示精神,助推科技创新和产业创新深度融合,助力发展新质生产力,第二十二届中国国际科学仪器及实验室装备展览会(以下简称 CISILE 2025)定于2025年3月31日-4月2日在中国国际展览中心(顺义馆)举办,展示面积达40000平方米,预计参展企业1000余家,专业观众超50000人次。集中展示分析仪器、光学仪器、生命科学仪器、生物技术与仪器、试验仪器等新产品、新技术、新成果。同期将举办第六届实验室发展大会、第五届中国危化品管理与实验室安全高峰论坛等学术论坛及相关活动,为广大科研人员及行业人士便捷地获取行业最新资讯、分享前沿技术和研究成果,搭建交流研讨产业政策的互动平台。

展示范围:

实验室仪器、设备及耗材

实验室自动化与数字化

分析测试仪器

样品前处理及制备仪器

光学仪器及设备、电子光学仪器

计量仪器

实验室安全技术与装备

化学试剂和标准物质

实验室家具、配件及工程

环境监测仪器

生化、生命科学及微生物检测仪器

智慧实验室、信息管理系统等

材料力学性能试验设备、无损检测仪器

仪器配件及零部件

3D打印

行业专用仪器

网址www.cisile.com.cn

2025第十二届深圳国际石墨烯论坛暨第一届二维材料国际研讨会

时间:2025年4月11日-13日(11日注册报到)

地点:深圳市南山区西丽大学城清华大学深圳国际研究生院国际一期

会议简明议程

4月11日下午注册报到(国际一期报告厅)

4月12日上午开幕式和大会主旨报告+特邀主题报告

4月12日下午大会主旨报告+特邀主题报告和墙报展示

4月13日上午大会主旨报告+特邀主题报告和墙报展示

4月13日下午大会主旨报告(青年科学家获奖报告)、圆桌对话、颁奖环节和闭幕式

2025第十二届深圳国际石墨烯论坛暨首届二维材料国际研讨会将在深圳市科技创新局指导下,由清华大学深圳国际研究生院、中国科学院金属研究所、中国科学院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所和深圳盖姆石墨烯中心联合主办,计划于2025年4月11日-13日在清华大学深圳国际研究生院召开。

会议将围绕石墨烯、新型二维材料以及碳纳米材料,邀请来自中国、美国、欧洲、韩国、新加坡、日本等多个国家和地区的知名学者和产业界人士,从学术和产业化视角探讨新材料的研究进展和产业化现状,为国内外杰出科学家与企业家搭建一个交流与合作平台,以推动世界范围内新材料的产业化进程。本次大会的主要议题主要包括石墨烯、新型二维材料以及碳纳米材料的制备表征,物理器件,能源环境应用及产业化发展等。

官网https://www.sz-graphene.ac.cn/

2025第20届中国(南京)国际电池及储能技术展览会

时间:2025年4月21-23日

地点:南京国际展览中心(龙蟠路88号)

2025中国电池展,展会在原有的锂电池、新能源、储能、电池设备、新能源装备、正负极材料等基础上,2025年围绕新型固态电池、液流电池、长时储能、钠离子电池、聚合物电池等多领域拓展延伸,打造一场覆盖新能源电池全产业链的行业顶级盛会。

网址https://www.evpartner.com/exhibition/detail-1180.html

2025河南分析测试与实验室装备展览会

时间:2025年5月7日-9日

地点:中原国际博览中心

“2025河南分析测试与实验室装备展览会”由河南省高校实验室工作研究会、河南省分析测试协会和河南省仪器仪表学会联合主办,河南东展国际展览有限公司承办将于5月7日-9日在中原国际博览中心举办,展会面积预计为20000平方米,参展企业数量150余家,专业采购商预计达到15000人次,还将举办20余场专业论坛,论坛规模约2000人次

网址http://www.atle-expo.com/

2025深圳国际新材料创新应用博览会

展会时间:2025年5月8-10日

展会地点:深圳国际会展中心

2025深圳国际新材料创新应用博览会以坚持传统产业、新兴产业、未来产业并举,加快推进材料领域新型工业化”为主题,为泛珠三角及周边各国新材料产业、新兴产业发展和世界级先机制造业产业集群的建设提供专业展示和服务保障,打造全球新材料创新应用资源聚集地。探索发现未来材料趋势、实现智能材料新功能。加快新材料研发、生产、应用和服务等各个环节与“互联网+”深度融合和跨界融合,催生新产品、新业态和新模式,拓展全球新材料产业链供应链融合创新发展。

深圳国际新材料展(CIME)围绕新产品、新技术、新成果、新趋势等多个题材,以独特的视角,在展会现场与参展观众面对面交流,解构企业产品的当前市场应用和今后发展趋势,并实况转播至媒体与展会线上平台,覆盖云端终端用户,实现展会效益的大化。

官网http://www.cc-expo.cn/

2025第十七届深圳国际电池技术交流会/展览会

时间:2025年5月15日至17日

地点:在深圳国际会展中心

2025第十七届深圳国际电池技术交流会/展览会(CIBF2025深圳电池展)定于 2025年5月15日至17日,在深圳国际会展中心盛大举办,其展会简称即为 【CIBF2025】。与此同时,还将同期举行:第八届深圳国际新型储能技术及工程应用展览会以及第三届国际氢能及燃料电池技术与设备展览会。
CIBF2025深圳电池展展出面积将达到 320000 平方米(涵盖 16 个展馆),预计参展商的数量超过 3000 家,而专业观众的规模预计也将突破 400000 人。CIBF2025 展览会将会集中且全面地展示全球范围内的动力电池、储能电池、3C 电池、充换电设备及其配套设施、氢能及燃料电池,还有各种电池材料、制造设备、动力及储能系统解决方案等。本次盛会将重点展示近两年来我国在各类新能源乘用车、客车、物流车、载重卡车、船舶等所使用的动力电池、燃料电池以及储能领域所取得的一系列辉煌成果。CIBF2025 技术交流会仍将继续围绕“动力电池、储能电池和燃料电池”这一核心主题,着重交流动力电池、储能电池、燃料电池以及各种材料的最新进展情况。

http://www.cibfexpo.com/

CIME2025 第14届深圳国际导热散热展暨高峰论坛

(深圳国际新材料展)

时间:6月4日 – 6月6日

地点:深圳国际会展中心

为进一步推动导热散热行业交流互动,强化中国导热散热行业的交流意识,合作意识,实现相互促进、共同发展,由博寒展览&励悦展览主办的2025第14届深圳国际导热散热材料展暨发展高峰论坛将于2025年06月4日-6日在深圳国际会展中心(宝安新馆)举办召开。大会旨在为导热材料领域搭建技术交流、信息互通的沟通平台,促进导热材料行业技术与产业发展突破。大会热诚欢迎国内外相关领域的专家、学者、科研人员、企业界代表积极参会,同时欢迎公司、企事业单位展示技术成果,洽谈产、学、研合作。

官网:http://amchinaexpo.com/

2025第二十届中国先进复合材料制品、原材料、工装及工程应用展览会(SAMPE中国2025年会)

时间:2025年6月18日-6月20日

地点:中国国际展览中心(朝阳馆),北京

参展范围:

1.先进材料(高温材料、纳米材料、石墨烯),先进复合材料结构件(树脂基、金属基、碳碳、陶瓷基复合材料,纳米复合材料,天然纤维复合材料,生物复合材料,智能复合材料,结构功能一体化等)

2.先进复合材料结构设计,数字化技术与CAE工具(结构设计、模拟仿真技术、建模分析技术及其软件、数字化设备、数据2库等)

3.高性能复合材料原材料,辅助材料及中间产品(增强纤维、基体材料、夹芯材料(泡沫、蜂窝等)、织物、预浸料、成型用辅助材料、固化剂、脱模剂、粘接剂、涂层材料等)

4.先进制造技术,增材制造、高性能复合材料制备技术与工艺装备(工艺成型技术与设备、工装设计与模具、低成本技术、自动化4.裁切、铺丝、铺带、缠绕、缝编、预成型体制造、机器手等)

5.高性能复合材料结构性能测试与检测技术(力学、热学、物性测试、无损检测、表征技术与仪器设备等

6.复合材料加工与装配(机床、刀具、连接材料及设备等)

7.先进复合材料维修技术(材料、维修、服务及设备)

8.复合材料回收技术与材料、装备等

9.高性能复合材料工程与应用(航空航天、国防、新能源、舰船、高速列车、汽车、电子电器、体育休闲等)

网址https://www.sampechina.org/SAMPE_CHINA_2025

2025第二届中国(江苏)新型电力 · 新能源 · 新材料创新应用博览会

时间:2025年7月16日-7月18日

地点:南京国际博览中心(河西),南京

为贯彻落实行动方案 ,由国家新型电力(智能电网)装备集群促进组织、江苏省先进制造业集群联盟、江苏省新型电力和新能源装备集群促进组织、江苏省可再生能源行业协会主办的“2025中国(江苏)新型电力新能源新材料集群融合创新应用博览会”通过组织产品展示、技术交流、项目推介、招商引资、贸易洽谈和报告会、发布会等系列活动,搭建合作交流平台,展示新型电力与数字能源装备产业发展水平,促进企业信息沟通,推动行业技术合作,引导新型电力与数字能源装备产业持续快速健康发展。博览会将邀请国内外新型电力与数字能源装备产业链企业、科研院所、高等院校等单位参展,开展新型电力、数字能源、新设备、新材料、新成果展示及学术交流活动,组织相关科研、设计、生产、应用等单位到会参观、交流与洽谈,将博览会打造成为中国新型电力与数字能源装备产业科技创新成果、成为中国新型电力与数字能源装备产业发展成果的品牌盛会。

网址:http://www.nengyuanexpo.com/

2025上海国际储能及锂电池技术展览会

时间:2025年7月29日-7月31日

地点:国家会展中心(上海),上海

2025年7月29-31日在上海国家会展中心举办的CBTC2025上海国际储能及锂电池技术展览会,预计邀约1000家行业知名品牌企业到场,聚焦储能技术、新能源、 锂电池、储能集成商、氢能燃料电池、智能制造等行业热门话题为到场的业内同仁拓展视野、拓宽思路、拓深机遇,共同助力行业发展,直击储能及新能源电池及智能制造行业未来发展的产业融合重点,以更专业的视角,更权威的平台,更深层的内容,为产业布局拓展再加码,给新能源电池以及智能制造产业的未来发展指引方向。

网址:http://www.fairmice.com/tg/mszlexpo/

 第25届中国工博会新材料产业展

时间:2025年9月23-27日

地点:国家会展中心(上海)

第25届中国工博会新材料产业展将于2025年9月23日-27日在国家会展中心(上海)隆重举办。致力于引进扩大国际技术与产业合作,提升新材料产业创新应用的核心竞争能力,为政府、协会、企业等构建一个独特合作交流的平台。

官网:http://www.lfzlexpo.com/nmis

2025第十五届中国国际纳米技术产业博览会

时间:2025年9月23-27日

地点:苏州国际博览中心,苏州

中国国际纳米技术产业博览会自2010年举办首届以来,已连续在苏州工业园区成功举办14届,累计邀请150名国内外院士(其中诺奖得主3人)、150116位参展参会嘉宾、7900多家参展企业,论坛报告达2973场。目前,纳博会已成为全球第二大,国内最具权威性、影响力、规模最大的纳米技术应用产业领域国际性展会,与日本、韩国、德国、俄罗斯等建立了常态化交流机制,是企业展示、产品推广、资本合作、技术对接与交流的绝佳舞台。

CHInano 2025第十五届中国国际纳米技术产业博览会将于2025年10月22-24日在苏州国际博览中心隆重举办。期间将邀请20+国内外院士出席,召开1场主报告、10余场前沿会议、1场创新创业大赛,展览面积24000㎡,预计现场参会参展观众27000余人。

大会主题包括微纳制造(MEMS)、第三代半导体、纳米新材料、柔性印刷电子、OPV、纳米压印、纳米光电子、纳米大健康、分析检测、纳米生物与医药、纳米清洁环保、纳米技术应用等。

本届纳博会主报告将聚焦新材料与微纳制造、第三代半导体等主题,邀请能源材料、第三代半导体、微纳制造等领域的国际知名科学家、企业家介绍当代纳米技术引领的新型产业发展趋势与应用前景。大会主报告是历届纳博会的重中之重,大会主报告嘉宾的报告对全国纳米产业都具有非常重要的指导意义。

网址https://news.hqew.com/info-372584  (www.chinanosz.com)

2025上海国际高端粉体装备与科学仪器展览会

时间:2025年9月23-27日

地点:上海跨国采购会展中心,上海

IPIE上海国际高端粉体装备与科学仪器展览会(IPIE2025)将于2025年10月29-31日在上海跨国采购会展中心举办。IPIE2025是由北京粉体技术协会与柏德英思展览(上海)有限公司联合主办,并与行业资深媒体中国粉体网达成战略合作,共同打造的粉体装备与科学仪器行业应用领域的一站式商贸采购与交流平台。

作为聚焦粉体工业的高端、专业的采购对接会,IPIE2025将邀请超过200家优质展商与超2000家专业采购商进行商贸对接对接,现场预计有超10000名专业观众莅临参观。IPIE2025同期举办10+主题论坛,80多位行业专家、企业大咖现场分享,分享内容覆盖粉体工业涉及到的新能源、新材料、医药、化工、陶瓷、食品、矿业等多个垂直领域的创新发展。

本次展览会规模达12000㎡,展示范围包括粉体材料、粉体工艺及技术、粉体加工关键设备、产线配套设备及相关的科学仪器等全产业链整体解决方案。

网址http://www.ipiexpo.com/about/ipie.php

持续更新中……

“福见永安•山区状元”新型碳材料产业、汽车产业专场推介

深入学习贯彻习近平总书记来闽考察重要讲话精神,落实《国务院扎实稳住经济一揽子政策措施》等文件精神,以及工信部、商务部 2023—2025“三品”全国行活动安排,激发市场主体活力。贯彻省扩大消费八大行动方案及加快新闽菜发展布局,我们诚挚的邀请您参加 2025 年 2 月 16 日上午在北京福建大厦(闽都阁)举办“福见永安·山区状元”新型碳材料产业、汽车产业专场推介会。期待您的莅临!

祝平安顺利!

  • 09:30 前 来宾入场
  • 09:30-09:35 主持人开场
  • 09:35-09:45 新型碳材料产业推介
  • 09:45-09:55 汽车产业推介
  • 09:55-10:15 新型碳材料专家报告(北京石墨烯研究院)
  • 10:15-10:35 新型碳材料主题报告 (中国电子信息产业赛迪研究院)
  • 10:35-10:55 汽车产业专家报告
  • 10:55-11:05 专家合作需求发布及现场互动(凯纳)
  • 11:05-11:15 专家合作需求发布及现场互动(中联环)
  • 11:15-11:25 专家合作需求发布及现场互动(福迪)
  • 11:25-11:30 主持人闭幕

联系人:罗莲花 13559877710

明细:

日期:
2月16日
时间:
09:30 – 11:30

地点

北京福建大厦
安贞西里三区11号
朝阳区, 北京市 中国

浙江两个石墨烯项目投产

浙江烯纺新材料科技有限公司“200吨/年石墨烯特种功能助剂产线”正式投产。

此次投产的产线设计年产能达200吨,是国内首条自主研发的全自动石墨烯特种功能助剂产线,专注生产适用于民用、医用领域特种材料所需的六类石墨烯特种功能助剂和可用于工业领域及半导体热场的石墨烯发热浆料。李义春说:“在反复的实践证明下,烯纺科技的石墨烯特种功能助剂可以满足电热、散热、抗菌抗病毒等不同应用领域的需求,甚至可以应用至半导体领域,一举填补了行业空白。”

据了解,浙江烯纺新材料科技有限公司是致力于石墨烯功能材料原创技术的高科技企业,是石墨烯产业技术创新战略联盟(CGIA)面向传统行业升级转型需求,瞄准新技术产业化路径长、市场转化能力不足的问题,重点培育的“石墨烯行业应用先锋企业”。

宁波烯能年产20万根石墨烯瞬热管生产线全面贯通

近日,宁波烯能新材料科技有限公司于石墨烯热管理领域成功实现了一项具有里程碑意义的重大突破,经过艰苦攻关与不懈努力,公司顺利打通技术壁垒,建成了年产 20 万根石墨烯瞬热管的生产线

宁波烯能的这一技术突破,标志着石墨烯瞬热管的工业化生产迈入了新的阶段。该技术的成功应用,将极大地提升石墨烯瞬热管的生产效率和质量稳定性,降低生产成本,从而推动石墨烯在半导体、热处理等领域的广泛应用。

信息来源:姚界客户端 、石墨烯联盟

科普 | 石墨烯发热膜发热两大误区,你踩雷了吗?

石墨烯在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料,甚至被誉为“新材料之王”、“黑金”。

石墨烯作为一种新型材料正逐渐影响我们的生活。石墨烯健康屋就是基于石墨烯发热膜的特殊性,为我们的身体健康保驾护航。

但同时,健康屋要让更多人受益,需要时间的沉淀。健康屋中石墨烯发热膜技术的发热原理和机体吸收市场上也蛮多不同的声音:
误区:石墨烯发热膜发热慢?
实际:石墨烯发热速度非常快!

碳纤维、电阻丝、炭黑材料等发热,人们感觉升温快、热量足、温度高。而健康屋中的石墨烯发热膜,人体的受热部位体感却是热量舒服(没有烫的感觉)。

那是因为其它材料发热后发射的远红外波长与人体的波谱不一致,温度不易被人体吸收,热量往往会集聚在皮肤表面,使人体明显感受到温度变化。

石墨烯发热可传导到全身,从表皮层到上皮层,最后到真皮层,热量均匀扩散到整个身体。而其他材料发热无传导,局部热量积聚才导致热感明显。

经测试,石墨烯发热膜在通电后3秒即可快速升温,10秒钟即可达到100℃。我们考虑到是人体接触使用,因此将健康屋采用智能化设计,让人体体感舒适度增加。

石墨烯本身具有出色的导电和热传导性能。康烯石墨烯健康屋通过9大发热膜,高效地传递电流,利用石墨烯的特性来实现高效的发热效果,迅速将电能转化为热能,使得石墨烯发热膜不仅可以迅速升温,温度分布均匀、且响应速度快。
误区:石墨烯发热效果被夸大?
实际:石墨烯远红外发热,不简单
大量试验表明:并不是每种发热材料所释放的远红外频率都集中在6—14微米区间,而石墨烯正好在这个区间里。

理想的红外光源材料需要同时满足两个关键条件:高能量输出和易被人体吸收

但现有红外光源受限于维恩位移定律,无法满足这两个条件:

◐在低发热温度下,能量输出不足,热疗效果不显著;

◐提高温度,峰值波长则偏离人体红外吸收窗口,造成辐射-吸收失配。

▲石墨烯远红外打破维恩位移定律

石墨烯,突破热疗的瓶颈,成为理想的红外光源

研究发现,在一定温度范围内,石墨烯的波形不随温度的变化而发生偏移,主要波长范围始终落在6-14μm生命光波波段,能量输出大且高度集中,易被人体吸收,实现辐射-吸收的高度匹配,是理想的红外光源。

石墨烯远红外波谱与人体更为接近

石墨烯发热膜的快速升温背后,隐藏着与众不同的温和体验。其独特的非热效应使得人们在使用时能够感受到更加舒适的温度,为人们的生活带来了更多的便利与舒适。

(来源申明:素材和文字来源于网络,侵权请联系我们删除。)

来源:石墨烯快讯

先进碳作为锂电池中的新兴能源材料:理论视角

讨论的碳材料包括零维富勒烯和胶囊、一维纳米管和纳米带、二维石墨烯、三维石墨和无定形碳及其衍生物。研究探讨了它们的电子导电性,以及在阴极和阳极性能方面的应用。虽然强调了理论模型的作用,但也涉及了实验数据,以澄清背景信息并显示策略的有效性。显而易见,碳材料在实现卓越的能量密度、速率性能和循环寿命方面大有可为,尤其是在理论研究的指导下。

成果简介

清华大学《InfoMat》:综述!先进碳作为锂电池中的新兴能源材料:理论视角

由于电动汽车和大规模能源储存,锂电池正变得越来越重要。碳材料已被应用于电池正极、负极、电解液和隔膜,以提高可充电锂电池的电化学性能。它们的功能包括锂储存、电化学催化、电极保护、电荷传导等。为了合理地应用碳材料,人们通过密度泛函理论和分子动力学等理论模型来探究它们的特性以及与其他电池材料的相互作用。

清华大学张强 教授、陈翔 副研究员等在《InfoMat》期刊发表名为“Advanced carbon as emerging energy materials in lithium batteries: A theoretical perspective”的综述,本综述总结了理论模型在指导先进锂电池使用碳材料方面的应用,提供了难以或无法从实验中获得的关键信息,包括亲锂性、能垒、配位结构和界面上的物种分布。讨论的碳材料包括零维富勒烯和胶囊、一维纳米管和纳米带、二维石墨烯、三维石墨和无定形碳及其衍生物。研究探讨了它们的电子导电性,以及在阴极和阳极性能方面的应用。虽然强调了理论模型的作用,但也涉及了实验数据,以澄清背景信息并显示策略的有效性。显而易见,碳材料在实现卓越的能量密度、速率性能和循环寿命方面大有可为,尤其是在理论研究的指导下。

2.1 碳材料的电子结构

碳原子(C atom)体积小,电子构型独特,因此可以形成各种同素异形体,每种同素异形体都具有独特的电子导电性。一般来说,碳材料之所以能传导电子,是因为当 C 原子处于 sp2 杂化状态时,π 电子被分散,可以在 C 原子平面上移动。然而,这些 π 电子的移动性取决于碳材料中不同的原子排列。本节将探讨各种碳材料的电子导电性。

2.2 碳在锂离子电池正极中的应用。

清华大学《InfoMat》:综述!先进碳作为锂电池中的新兴能源材料:理论视角

图1、GNRs中N掺杂原子与硫化锂的结合作用。

2.3 新兴负极中的碳材料。

 2.3.1 0D碳材料

人们探索了0D富勒烯衍生物作为活性阳极的可行性,目的是超越常规石墨阳极的电荷容量 (372 mAh g-1),同时在分子水平上提供精确的结构。134 羧基 C60 衍生物的电荷容量从高到低分别为:羧基C60 861mAh g-1、酯 C60 404 mAh g-1、原始 C60 170 mAh g-1、哌嗪 C60 83mAh g-1。氢化富勒烯(C60Hx)也经过了测试,以最大限度地提高锂存储容量135。135 DFT 计算显示,锂原子倾向于吸附在 C60H18 中3个特定的 C 位点周围,而不是均匀分布在 C 笼上。有趣的是,锂的吸附会导致这种阳极膨胀并导致其粉化,但这被认为是一种有助于电极活化的常规方法,因为它暴露了更多的活性表面,从而在最初的 250 个循环中增加了容量。

2.3.2 1D 碳材料

GNRs 已被探索用作 LIB 阳极的锂存储材料。DFT 计算表明,ZGNRs 与锂的结合能约比石墨烯强 50%,这表明边缘效应促进了锂的存储。

2.3.3 2D碳材料

当石墨烯用作锂电池的负极时,其理论容量可达 744 mAh g-1154 甚至更高,具体取决于石墨烯纳米片的无序程度、 155 值得注意的是,二维碳材料石墨二炔(graphdiyne)由sp2-和sp-杂化的 C 原子组成,也能以与石墨烯类似的方式存储锂,在电流密度为 500 mA g-1 的条件下循环 400 次后,可获得 520 mAh g-1 的实验可逆容量156。 +157 此外,正如 DFT 计算所揭示的那样,在石墨烯上引入空位缺陷可为锂提供额外的势阱,从而进一步提高锂/碳比。 +158 此外,双空位和高阶缺陷可使锂在垂直于石墨烯片的方向上扩散,从而将扩散势垒从 8. 涉及多个锂原子沉积的第一性原理计算表明,在各种 N 掺杂石墨烯纳米片中,掺杂吡啶 N 的石墨烯纳米片具有最高的理论锂存储容量(1262 mAh g-1)。

2.3.4 三维碳

由于其丰富性和允许可逆 Li 插层的能力,石墨被用作 LIB 中最常见的负极材料,其完全锂化形式是 LiC+6.2对不同化学计量级碳化物晶体结构的 DFT 调查表明,LiC4、LiC5、LiC6、LiC8、LiC10和 LiC12是常压下的可能插层产物,含 LiC6和 LiC12热力学稳定。这两种稳定化合物的晶体结构如图2所示。LiC4 或 LiC5 倾向于分解成 LiC6 和金属锂,而 LiC8 或 LiC10 则倾向于分解成 LiC6 和 LiC12。172 根据 AIMD 快照进行的 Bader 电荷分析表明,Li 原子在 LiC18、LiC12 和 LiC6 中分别以 Li+0.6、Li+0.7 和 Li+0.8 的形式存在173。

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图2、Crystal structures of stable Li-intercalated graphite.

小结与展望

在工作电池中使用碳材料作为电极材料,是有效储存能量的最绿色、最有效的方法之一。碳材料的多样性有利于在宏观尺度上有效体现能量-化学过程。虽然它们不一定是工作装置中最核心的材料,但其超强的导电性和多样的形态代表了人类对材料控制的极限,展示了我们目前在材料科学范围内的可控性和精确性。

碳材料丰富的结构和掺杂策略为新兴的能源存储带来了丰富的可能性。此外,碳材料易于在计算机上进行高通量理论计算。因此,人工智能可以很容易地应用于碳基能源材料的开发。

在实际设备中,碳基能源材料的作用是多方面的。我们仍可应用原位表征技术来了解能源材料在多个尺度上的工作行为,并利用先进的计算技术来探测和阐明碳基能源材料的潜力。

新兴能源设备的应用场景多种多样,这就要求锂基发光二极管发挥类似芯片的作用,即没有放之四海而皆准的设计。为了在不同的应用场景中实现高效储能,对各种能源材料的设计提出了强烈要求。为了利用大模型加速知识发现,有必要进一步探索碳基能源材料的理论体系,改进理论方法以节省计算能力,并在计算系统和模型中引入人工智能。

不同维度的碳材料,即 0D 富勒烯和碳胶囊、1D CNT 和 GNR、2D 石墨烯、3D 石墨和无定形碳,以及上述材料的衍生物,已经为锂电池技术提供了有力支持。这些材料用于电池的阳极、阴极、电解质和隔膜,其功能包括但不限于传导电子和离子、储存锂、催化电化学反应以及保护电极免受不良反应的影响。为了探究它们的工作机制并预测合适的设计策略,如掺杂、缺陷和结构设计,理论模型被广泛应用于揭示块体材料和界面中的原子情景。具体来说,DFT 模型能够预测碳材料的导电性、亲锂性、机械强度、传输能垒、电荷转移和反应途径。MD 模拟能够揭示分子和配位结构在块体和界面中的空间分布,以及它们随电极电位变化而发生的演变。

值得注意的是,由于计算能力的限制,对锂电池中的碳材料进行精确建模仍面临巨大挑战,尤其是当情景变得更加动态、结晶度更低时。以下是一些需要探索的重要方向:

  1. 电化学活性界面的精确建模。例如,通过对界面反应建模来预测 SEI 特性是非常有意义的,但要实现量子准确性却相当具有挑战性。机器学习原子间势(如神经网络势)将是平衡量子精度和模拟时间尺度的有力选择。
  2. 将研究范式扩展到锂存储以外的电池系统。当碳结构中含有大量非晶体或其他元素(如二烯)时,原子论方案的探索相对不足,但这种结构对于释放更高的容量至关重要,并可扩展到镍和钾存储系统。
  3. 利用人工智能加速新型碳材料的发现。由于碳材料结构的多样性以及将其设计成具有细微差别的先进功能材料的潜力,锂电池技术有望从碳材料合成和表征的新突破中获得重大启发。在这一过程中,通过基于高通量计算和实验的机器学习发现知识,将大大有助于预测锂电池的工作碳材料,这在其他一些领域,包括污染物去除、氢能和超级电容器等领域已经实现。
  4. 对碳复合材料建模。虽然碳材料在锂电池中的应用前景广阔,但它们并不是锂电池的唯一材料。将碳材料与其他辅助材料(如 TiO2)194、195 复合,可充分发挥两种材料的潜力。对各成分间相互作用的理论研究仍显不足。

归根结底,清洁能源是可持续发展的必要条件,而可持续材料是清洁能源系统的强烈需求。当务之急是从资源、能源、材料回收、动态可重构性、数字孪生等角度考虑如何提高材料的可持续性。这也表明,要将物质-能量-信息三位一体,通过不断的理论创新和原创性研究范式,推动新能源的高质量发展。

文献:https://doi.org/10.1002/inf2.12653

 

来源:材料分析与应用

工信部重磅发布:涉及金刚石、石墨烯等先进碳材料

1月17日,工业和信息化部办公厅发布关于组织开展2025年未来产业创新任务揭榜挂帅工作的通知。内容涵盖量子科技、原子级制造、清洁氢三大部分。其中原子级制造揭榜挂帅任务榜单中部分内容涉及原子级超光滑金刚石表面制造石墨烯热界面材料,内容如下:

二、重点产品
(一)多场辅助化学机械原子级抛光装备
揭榜任务:面向半导体衬底原子尺度抛得光、纳米尺度抛得平、微米尺度抛得快的高质高效加工需求,研究电、光、声、等离子体等多场辅助化学机械原子级去除工艺,突破多场辅助协同调控、超低压力分区加压、测量反馈智能控制等关键技术,开发多场辅助化学机械抛光装备,实现原子级精度抛光,满足半导体衬底应用需求。
预期目标:到2026年,研制模块化的多场辅助化学机械原子级抛光装备,可以集成电、光、声、等离子体等多场,抛光压力调控精度0.1psi,抛光压力分区数量6个,利用该设备对单晶硅衬底进行抛光,表面起伏小于10个原子层,满足先进制程需求。
(二)高效团簇离子束原子级抛光装备的研发及在大径厚比金刚石光学窗口的加工应用
揭榜任务:面向高功率激光系统、中长波红外探测器等对原子级表面精度的金刚石窗口需求,突破气体原子团簇束流中和关键技术,建立原子级超光滑金刚石表面制造方法,研制超硬金刚石团簇离子束原子级抛光装备,实现大径厚比金刚石光学窗口的原子级制造,并应用验证。
预期目标:到2026年,高性能、低成本的束流中和器自主可控,具有较高的中和效率,对Ar100团簇中和效率>50%,研制金刚石材料团簇离子束原子级抛光装备,建立金刚石光学窗口纳米级精度及原子级表面质量制造工艺,加工金刚石光学窗口直径≥75mm、径厚比≥100、表面面形精度PV≤λ/4、表面粗糙度Ra≤1nm,设备支持Ar/SF6等多种气体团簇离子束、束流强度≥100μA、团簇束斑直径0.5-10mm可调、团簇离子能量≥60keV,能够支撑3英寸级金刚石光学窗口原子级可控制造。
(六)基于石墨烯原子制造技术制备高导热低热阻石墨烯热界面材料
揭榜任务:面向高功率器件的热管理解决方案,基于原子制造技术,发展更高效的热界面材料。以结构原子级精准的石墨烯材料,构筑器件热源本体与散热构件本体之间的热通道,提高热量传递效率,解决器件受力形变等核心关键技术问题在高功率器件上验证可靠性,并探索实现高效热电转换的可能。

预期目标:到2026年,实现高导热低热阻的石墨烯热界面材料规模生产,垂直导热系数大于300W/m·K,热阻小于0.05K·cm2/W,压缩残余应力小于30PSI(50%压缩量),回弹率大于50%,系列产品在不少于10000个高功率器件上示范应用。

附:1.量子科技揭榜挂帅任务榜单

2.原子级制造揭榜挂帅任务榜单

3.清洁氢揭榜挂帅任务榜单

来源:工业和信息化部办公厅关于组织开展2025年未来产业创新任务揭榜挂帅工作的通知

2024年石墨烯科技的十大进展和应用领域

1、石墨烯在新能源领域的突破:在第十一届中国国际石墨烯创新大会上,展示了石墨烯在新能源领域的突破性应用,特别是在电池技术上的创新,有望提升中国新能源汽车产业的核心竞争力。

2、石墨烯传感器技术的发展:基于石墨烯的Hall传感器技术取得了显著进展,这种传感器在纳米尺度上表现出优异的性能,有助于推动更高空间和场分辨率的发展。

3、石墨烯在储能领域的应用拓展:石墨烯材料在储能领域的应用不断拓展,包括作为锂离子电池电极保护材料和电极本身的应用,这些应用提高了电池的性能和寿命。

4、石墨烯在电子器件中的应用:石墨烯因其出色的导电性和导热性,有望取代传统的硅材料,用于制造更小、更快、更节能的电子元件,如石墨烯晶体管

5、石墨烯气凝胶的研究与应用:石墨烯气凝胶因其独特的物理、化学和生物学特性,在超电容器性能、电磁干扰屏蔽效果以及生物医学等领域展现出广泛的应用潜力。

6、石墨烯在医疗保健领域的潜力:石墨烯可能彻底改变医疗保健和个性化医学,为药物递送和癌症治疗提供新的可能性。

7、石墨烯在环保领域的应用:石墨烯膜已被证明能提高空气过滤效率,并且石墨烯增强的太阳能海水淡化技术可以显著提高效率,为可持续的水资源解决方案提供支持。

8、石墨烯在建筑和材料科学中的应用:石墨烯因其超导性、轻质、坚固等特性,在建筑材料(如电池、太阳能电池板和传感器)等领域具有广泛应用潜力。

9、石墨烯在航空航天领域的应用:石墨烯材料在航空航天领域的应用正在加速,特别是在轻质高强度材料和高效能电池等方面。

10、石墨烯在智能家居和健康领域的应用:石墨烯加热膜等产品正在智能家居和健康领域中得到应用,其高效、均匀的加热特性为这些领域带来了新的发展机遇。

以上这些进展表明,石墨烯作为一种前沿材料,在多个领域都展现出巨大的应用潜力和市场前景。随着技术的不断突破和产业化进程的推进,石墨烯有望在未来几年内实现更广泛的应用和商业化。

 

来源:公众号《石墨烯黄页》