9月6日至9月7日,检测中心迎来CNAS年度审核监督。此次专家组不仅对去年获证项目进行监督检查、详细了解检测中心体系运行情况,同时对申请扩项的两个项目进行现场考核。
检测中心将充分利用此次CNAS专家组审核监督,查缺补漏、矫正问题完善质量管理体系,进一步提升服务能力和服务质量,充分发挥产业科技创新平台作用,助力三明市石墨和石墨烯产业高质量发展。
9月6日至9月7日,检测中心迎来CNAS年度审核监督。此次专家组不仅对去年获证项目进行监督检查、详细了解检测中心体系运行情况,同时对申请扩项的两个项目进行现场考核。
检测中心将充分利用此次CNAS专家组审核监督,查缺补漏、矫正问题完善质量管理体系,进一步提升服务能力和服务质量,充分发挥产业科技创新平台作用,助力三明市石墨和石墨烯产业高质量发展。
石墨烯是一个全新的产业,石墨烯的产品质量从用料、生产规范、产品标准制定、到合格评定等贯穿产业链各个环节。同时,石墨烯的产品质量评价是一个复杂而多维的问题,材料的形态和结构、不同的制备工艺、不同的评价方法、不同的应用场景等都将会对其质量评价造成一定的影响。因此,在石墨烯的科技研发和相关产品的生产过程中,亟待从微观到宏观构建一套完整的石墨烯产品质量综合识别与评价方法体系,且其内容、方向和选择是灵活多变的,以期实现石墨烯原材料及产品的质量控制,为石墨烯原材料的研发制备提供科学依据,为石墨烯产品的选材和设计提供参考,也为供需双方约定提供可靠依据。
基于不同形态石墨烯原材料的检测方法
高品质的原材料是整个石墨烯产业发展的基础保障,合理有效的检测石墨烯的微观性能和结构,建立石墨烯材料综合评估和评价方法体系是保证未来石墨烯应用市场供求关系中石墨烯材料质量的基础条件。目前,石墨烯原材料的形态主要为石墨烯粉体、石墨烯薄膜以及石墨烯纤维,3种类型石墨烯的合成、性质、产品检测以及应用方向由于其形态的不同而有很大差异,表1为按照石墨烯主要形态提炼的石墨烯材料代表性关键技术参数。
石墨烯粉体是石墨烯产品形态的一种,由大量单层和少层石墨烯以无序方式相互堆积而成,宏观上显示为粉末状形态,具有粒度小、比表面积大的特点,主要应用于防腐涂料、复合材料、高分子复合材料、导电油墨等领域。目前,石墨烯粉体已经相对成熟,很多石墨烯生产企业都具备石墨烯粉体的规模化生产能力
,但是生产出的石墨烯粉体质量参差不齐,批次均一性难以把握。商业化的石墨烯粉体产品应集中对石墨烯纯度、层数、厚度、比表面积、粒度、密度等技术参数进行表征,然而市场上普遍存在尺寸和层数不均匀、单层石墨烯含量低、比表面积远低于理论值、没有分级等问题,导致下游企业在选择石墨烯原材料时,缺乏可靠的判断依据,应用效果较差,无形中增加了试错成本。
石墨烯薄膜主要用于柔性显示器、传感器、电子器件、透明导电薄膜、光电探测器等高端行业,其卓越特性需在石墨烯为完美的二维蜂窝状单晶纯碳材料的状况下才能实现,但是制备工艺问题导致石墨烯薄膜不可避免存在缺陷和污染,因此针对石墨烯薄膜的关键物理化学特性建立准确可靠的测量方法同样极为重要。石墨烯薄膜本身的表征参数按照重要性先后顺序有定性分析、层数、完整度、缺陷密度/(缺陷浓度)、应力、畴区尺寸,其次还包括微区覆盖度、洁净度、透光率、电导率、方块电阻等。
石墨烯纤维是一种由石墨烯片层紧密有序排列而成的一维宏观组装材料,通过合理的结构设计和可控制备,石墨烯纤维能够将石墨烯在微观尺度的优异性能有效传递至宏观尺度,在多功能纺织品、电力电缆、能量采集器、可穿戴能源存储设备、传感器等柔性电子产品领域具有良好的应用前景。Fang等研究发现石墨烯纤维的结构是由石墨烯单元的凝聚态决定的,分为高性能的高度凝聚态和多功能的松散堆叠态,具有优异的导电性、力学性能和热学性能,如图1所示。
为了扩大石墨烯的研究和应用范围,各种具有不同特点的石墨烯材料及其衍生材料逐渐被发现和
制备出来,例如石墨烯量子点、三维石墨烯、石墨烯纳米带、石墨烯纳米筛、氧化石墨烯、功能化石墨烯、氟化石墨烯等。石墨烯衍生材料因结构上与石墨烯有一定的差异,导致其具有不同的物理、化学、热学、电学、光学和机械性能,需要根据实际情况进行定制化的检测方案,建立一个适用的质量度量方法,为石墨烯生产商和买家之间建立有效沟通,从而搭建健康可靠的供应链。
基于碳材料及类石墨烯材料的检测方法
石墨烯作为一种新型碳材料,凭借其独特的物理和化学性质,在科学研究和工业应用中展现出了巨大的潜
力,但其研究和开发的历史相对较短。石墨烯是sp2杂化碳原子的单层同素异形体,具有二维结构,碳的同素异形体还包括零维的富勒烯、一维的碳纳米管、三维堆叠结构的石墨(图2),以及石墨炔;此外,从炭黑到石墨烯,本质上而言只是材料的升级换代。碳纳米材料由于元素组成一致,在实际检测过程中部分通用的评价技术,填补了石墨烯标准不足、检测方法不全的空缺。研究其他碳纳米材料的检测标准和方法,在一定程度上能够为石墨烯测试技术的不断发展和创新提供参考和借鉴,为石墨烯的质量评价提供更科学、全面的检测评价方法依据。
其次,石墨烯作为一种二维材料,具有六边形晶体结构,而类石墨烯材料具有与石墨烯类似的结构及革新性能。许多类石墨烯材料(如层状过渡金属氧化物、金属硫族化物和金属卤化物)被深入研究,并取得了一定的科学和应用成果,其中六方氮化硼、二硫化钼、锗烯、硅烯、磷烯等材料被广泛研究,并被认为具有良好的应用前景。石墨烯与类石墨烯材料具有相同的二维结构,在一定程度上具有共通的检测方法,从而为石墨烯材料及产品的检测提供了新思路。
基于表征手段的检测方法
原子力显微镜可测量石墨烯堆叠的厚度,光学显微镜能够测试薄片的尺寸,拉曼光谱可提供样品结构完整性的信息,X射线光电子能谱可以测试碳含量(纯度),扫描电子显微镜和透射电子显微镜可用于表征样品形貌的信息。石墨烯产品质量的检测不仅需要技术的支撑,还需要使用相关的仪器与设备,仪器设备在石墨烯检验体系中是不可或缺的基础与前提,图3为石墨烯材料质量评价体系中设备及对应的石墨烯的备检特性。
为确保石墨烯材料参数能够测得出、测得准,在选择表征方法时通常需要综合考虑仪器设备测试的可靠性、精度、检测限以及表征技术的原理对石墨烯材料及产品质量评估产生的影响,表2罗列了石墨烯层数相关检测方法的原理、优缺点及适用范围。
从表中可以看出,虽然石墨烯层数有多种检测方法,但是各类检测方法均存在一定的局限性。石墨烯的检测范围通常为几个原子层,且检测结果受到晶体缺陷、表面吸附、样品制备、测量条件和数据分析等因素的影响。因此,在实际检测中需要结合多种检测方法和手段以提高结果的准确性。除表2所列方法外,石墨烯层数的相关检测方法还包括X射线粉末衍射法、等离子激子耦合光谱法、自旋霍尔效应法等。
基于石墨烯应用领域的检测方法
石墨烯原材料的检测及识别是为激活下游应用市场做准备,石墨烯产业化应用之前,还需要在石墨烯材料落地应用于某一领域时,建立合理、统一的识别和评价体系,判断对应关键参数是否匹配应用需求,从宏观层面进行系统研究,建立一种石墨烯科研应用转化的选材方法。例如:制造石墨烯散热膜的原材料,除了导热系数之外,还有电导率、热膨胀、工作温度等其他参数需要控制和调节;为了满足应用需求,石墨烯薄膜需要转移到特定的衬底表面或者被切割成特定形状,从而引入了对薄片转移效果(厚度/褶皱)、薄膜洁净度、尺寸方面的检测要求;将石墨烯用作锂离子电池的导电剂时,材料测试更侧重于杂质含量、比表面积、稳定性、黏度等性质,而不是缺陷的浓度、单个晶体的厚度、褶皱等;而石墨烯复合正极材料,会更多地关注石墨烯材料的尺寸或者孔隙率与电极颗粒尺寸之间的匹配程度。为了确保新材料参数的适用性,需要对石墨烯材料的尺寸、组成、导电性、导热性等结构和性能进行调控,有针对性地选择合适的检测技术,形成石墨烯材料宏观物理特性的检测方法体系,为其在相应的应用领域提供准确、有效的基础数据,保证石墨烯在商业产品中的应用在制造和功能方面与现有技术兼容。
研究表明,供应商的产品大多并不适合石墨烯应用,加入不合适的石墨烯并不能够提升产品的性能,有时反而可能引起其他方面性能的降低。在实际应用中需要综合考虑各种因素,通过精确检测和分析,确定石墨烯产品的成分、性能、使用效果、寿命等宏观性能,确保加入石墨烯后产品的整体性能得到提升。表3罗列了企业石墨烯产品的主要测试参数及产品特性。此外,石墨烯产品的检测也直观地解释了添加高质量和适用性强的石墨烯后,产品的使用性能得到显著增强的原因,凸显了石墨烯材料的优势,不仅可提升产品的市场竞争力,也有利于全面了解产品的质量状况,保证产品质量的稳定可靠性,进一步保证在市场竞争中的有利地位。
来源:李茂东,文芳,王良旺,何立粮.石墨烯产品质量评价方法体系研究[J].分析测试学报,2025,44(05):968-976. DOI: 10.12452/j.fxcsxb.240815308.
EIS分析常用的方法:等效电路曲线拟合法
第一步:实验测定EIS。
第二步:根据电化学体系的特征,利用电化学知识,估计这个系统中可能有哪些个等效电路元件,它们之间有可能怎样组合,然后提出一个可能的等效电路。
第三步:利用专业的EIS分析软件,对EIS进行曲线拟合。如果拟合的很好,则说明这个等效电路有可能是该系统的等效电路。
最后:利用拟合软件,可得到体系RW、Rct、Cd以及其它参数, 再利用电化学知识赋予这些等效电路元件以一定的电化学含义,并计算动力学参数。
注意:电化学阻抗谱和等效电路之间不存在唯一对应关系,同一个EIS往往可以用多个等效电路来很好的拟合。具体选择哪一种等效电路,要考虑等效电路在被侧体系中是否有明确的物理意义,能否合理解释物理过程。这是等效电路曲线拟合分析法的缺点。
本次活动现场邀请数十名企业专业技术人员参加,线上平台同步直播,近百人观看、评论,交流学习,分享实践经验,了解最新的技术趋势。
报告重点介绍了日立电镜在锂电材料观察和分析方面的应用案例,包括电极材料的样品制备,电极材料中各类不同组分的观察和分析,锂电池异物分析等。除此之外,日立还介绍了真空转移方案,SEM-AFM联用方案,自定义拍照软件等。日立电镜和制样设备都有完整的真空转移系统,可以将样品在不同设备间转移。
针对固态电池样品,日立还提供了原位真空转移样品台,它可以实现原位充放电、加热、加压等功能,从而实现原位观察。SEM-AFM联用可以实现对同一样品位置进行观察,从而对锂电材料进行形貌、成分以及物性(电阻,电流等)测量。自定义拍照软件则可以按照需求设置拍照顺序和参数,从而实现更高效的数据采集。
在牛津仪器郭云昌博士的报告中,拉曼光谱与原子力显微镜(AFM)被证明是石墨烯研究的强大组合。拉曼光谱通过D峰(缺陷)、G峰(sp²键)和2D峰(层数)快速分析石墨烯的结构特性:单层石墨烯的2D峰呈对称单峰,而多层石墨烯则表现为多峰结构;D/G峰强度比可用于评估缺陷密度,G峰位移则能反映应力或掺杂效应。AFM凭借超高分辨率,可精确测量石墨烯的厚度、表面形貌及力学性能,其导电模式还能分析局部电导特性。通过结合拉曼光谱的化学信息与AFM的形貌及力学数据,研究人员能够更全面地理解石墨烯的”结构-性能”关系,为新能源材料开发提供关键支持。
活动时间:2025年5月20日 9:00~11:30
活动地点:永安市石墨和石墨烯产业园孵化中心研发大楼5楼
第一作者:白天琦、黄坤
通讯作者:裴嵩峰、任文才、高鹏、刘忠范
通讯单位:1. 北京大学物理学院,电子显微镜实验室;2. 北京大学前沿交叉学科研究院;3. 中国科学院金属研究所,沈阳材料科学国家研究中心;4. 中国科学技术大学材料科学与工程学院;5. 北京大学量子材料科学中心;6. 北京石墨烯研究院;7. 量子物质科学协同创新中心;8. 北京大学轻元素量子材料交叉平台和轻元素先进材料研究中心;9. 北京大学化学与分子工程学院,分子科学国家研究中心
电子元件集成度的快速提升对器件散热材料的性能提出了更高的要求。石墨烯凭借其出色的热导率成为备受关注的材料之一。制备具有高热导率和热通量石墨烯厚膜的主流方法是将氧化石墨烯(GO)组装成膜再还原,而进一步提升其热导率的关键在于深入理解石墨烯膜内部缺陷结构对热导率的影响机制。本研究首次提出了具有孔洞结构石墨烯膜的本征热扩散系数这一概念,结合电子显微学表征、热扩散系数测试和有限元模拟,系统探究了石墨烯厚膜本征热扩散系数与微观结构的关联。研究发现,密集小孔洞结构可使本征热扩散系数降低39.4%,而单一大孔洞结构仅能够降低16.1%,这一差异通过三维重构统计与有限元模拟结果得到了充分验证。其内在机制在于密集小孔洞结构对原有传热路径的破坏程度更为显著。本研究不仅深化了对石墨烯厚膜微观结构与热学性能关联的理解,更为制备超高热导率石墨烯厚膜提供了理论指导,同时为下一代电子器件的热管理解决方案提供了有效的技术策略。
具有高热导率和适当厚度的石墨烯能够显著提升热传导效率,使其成为微电子等领域热管理解决方案的理想选择。目前,基于GO的热还原和石墨化处理已成为批量生产厚度可控石墨烯膜的主流商业技术。然而,在GO还原过程中,膜内会形成大量孔隙,导致密度(ρ)降至约0.3 g·cm−3,远低于单晶石墨的密度(ρgr = 2.26 g·cm−3),从而显著降低热导率。尽管通过压延技术可以提高密度从而提升热导率,但石墨烯周围孔洞的压缩会导致形成新的堆叠方式,这使得基于GO的石墨烯厚膜的热导率仍难以突破1500 W·m−1·K−1。值得注意的是,目前对石墨烯厚膜中影响热扩散系数(D)的因素尚未深入研究,而阐明微观结构对热扩散系数的影响机制,以及指导高热导率石墨烯厚膜的制备具有重要意义。
本研究系统揭示了孔洞结构对石墨烯厚膜等效热扩散系数的影响机制,进一步完善了石墨烯在热学性质上的构效关系。研究首次提出了孔洞结构中独立于密度的关键物理量——本征热扩散系数,作为评估石墨烯热导率的核心指标。通过对石墨烯厚膜中孔洞结构的分类研究,我们发现单一大孔洞主要导致密度降低,而密集小孔洞则显著降低本征热扩散系数。此外,研究证实面外结晶性在调控本征热扩散系数和热导率方面具有重要作用。这些发现为开发高导热石墨烯厚膜的制备方法提供了重要的理论指导,同时推动了石墨烯材料在热管理领域的应用拓展。
参考文献及原文链接
白天琦, 黄坤, 刘法辰, 时若晨, 任文才, 裴嵩峰, 高鹏, 刘忠范. 石墨烯厚膜热扩散系数与微观结构的关系. 物理化学学报, 2025, 41 (3), 100025. DOI: 10.3866/PKU.WHXB202404024
Tianqi Bai, Kun Huang, Fachen Liu, Ruochen Shi, Wencai Ren, Songfeng Pei, Peng Gao, Zhongfan Liu. Nanoscale Mechanism of Microstructure-Dependent Thermal Diffusivity in Thick Graphene Sheets. Acta Phys. -Chim. Sin. 2025, 41 (3), 100025. DOI: 10.3866/PKU.WHXB202404024
https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB202404024
近日,市场监管总局正式发布修订后的《检验检测机构监督管理办法》(以下简称《办法》)。此次修订聚焦解决当前检验检测造假成本偏低、从业人员责任虚化等突出问题,加大对严重违法违规行为的惩处力度,进一步明确检验检测机构法定代表人、技术负责人、授权签字人等管理人员职责,规范检验检测从业人员行为,压实检验检测机构主体责任,切实维护检验检测市场秩序。
《办法》坚持宽严相济、法理相融。对未经检测出报告、替检漏检、篡改数据、伪造结果等出具虚假检验检测报告的行为,罚款上限提高至十万元;对违反强制性标准致使检测报告数据、结果错误的行为,最高可处以五万元罚款,提升了检验检测机构故意违法成本,突出了执法力度。同时,对轻微违法行为,《办法》规定,可以采用说服教育、提醒敦促、约谈纠正等非强制性手段予以处理,体现了执法温度。
市场监管总局将督促、指导各地市场监管部门抓好《办法》贯彻落实,确保新规落地见效;深入开展对《办法》执行情况的跟踪调查评估,适时组织对《办法》进行全面、系统的修订完善,进一步强化从业机构的合规经营义务和主体责任,提升检验检测供给水平和服务成效,推动检验检测行业高质量发展。
2025年3月18日,国家市场监督管理总局发布第101号令,决定废止《国家食品药品监督管理总局行政复议办法》,并对16件部门规章的部分条款予以修改,自2025年5月1日起施行。
其中对《检验检测机构监督管理办法》作出的修改如下:
平面度是指材料表面与理想平面(评定基面)的偏差程度,通常用来描述材料表面的整体平坦性。比如说,一个陶瓷基板的表面是否平,有没有凹凸不平的地方。平面度,可用最大偏差值来表示。
参考GB/T 24630.1-2009,可采用均方根平面度误差(FLTq)来表征平面度指标。FLTq计算步骤如下:
第一步,常用最小二乘法来确定理想平面(评定基面)。
第二步,采集材料表面上所有点与理想平面(评定基面)的垂直距离LFD,如下图所示,a1是某点的正局部平面度偏差值,a2是某点的负局部平面度偏差值。
待测表面与理想平面的垂直距离
第三步,计算均方根平面度误差(FLTq)。FLTq数值越小,说明平面度越好。
上式中,LFD为局部平面度偏差,A为平面度要素的表面积。
在材料测试中,如果表面平面度不佳,可能会影响测试结果的准确性。
2.平整度(Smoothness/Flatness)
平整度是指材料表面的平坦程度,通常用来描述材料表面的最大高度差。该术语在工程中常与“平面度”混用,但更侧重微观粗糙度或局部平整特性,而非整体平面形状。
参考GB/T 6621-2009的平整度的测量方法,采用总指示读数(Total indication reading,TIR)和焦平面偏差(Focal plane deviation,FPD)值表征平整度大小。
第一步,采用最小二乘法确定理想平面(参考面或焦平面);
第二步,采集区域内任一点与理想平面(参考面或焦平面)的厚度差值f(x,y);
第三步,计算TIR和FPD值。TIR和FPD数值越小,平面度越佳。
其实,从上述计算过程可以发现,平整度和平面度的表征指标有一定的程度的相似性。还有时候可能会有不同的行业习惯用法,比如,平面度是国际标准中的术语,而平整度可能是更口语化的说法。
3.平行度(Parallelism)
平行度,是指两个平面之间的平行程度。可用材料上下表面之间的最大间隙距离来表征两个平面之间的平行程度。
平行度可用千分表进行测量。将待测平板固定到平台上,竖直移动待测平板或高度尺规(千分表)进行测量,测量的最高测量值与最低测量值之差就是平行度。
上图中,a为待测陶瓷基板,b为平台,c (ΔH)是最高测量值与最低测量值之差,即为平板的平行度数值。
4.表面粗糙度(surface roughness)
表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度 [1]。其两波峰或两波谷之间的距离(波距)很小(在1mm以下),它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小,则表面越光滑。通常把波距小于1mm尺寸的形貌特征归结为表面粗糙度,1~10mm尺寸的形貌特征定义为表面波纹度,大于10mm尺寸的形貌特征定义为表面形貌。
我国国家标准有GB/T 131-2006《表面结构的表示法》,规定了表面粗糙度的表示方法,适用于表面粗糙度的标注和图样标注;GB/T 1031-2009《表面结构轮廓法 表面粗糙度参数及其数值》,规定了表面粗糙度的参数及其数值,适用于机械加工表面质量的评定,也可用于制定机械加工工艺规程和设计模具等。
零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度,尤其是在精密测量时。