中科院宁波材料所：在树脂基三维碳材料制备技术方面获进展 (1).pdf

博览2023年第2期总第129期47关注 人物传真Focus Figure成果简报Achievements Expo482023年河南省政府工作报告中提到，河南要大力发展先进基础材料，关键战略材料，扩大再生金属生产规模。河南省人大代表、河南恒海实业集团有限公司董事长商洪铨认为，在绿色、双碳目标推动下，作为制造业的重要配套产业表面处理行业，如何将产业规模化、集聚化发展，提高工艺性能，推进资源节约集约利用，构建资源循环型产业和废旧物资循环利用体系，对产业转型升级具有重大意义。我国电镀企业主要分布在华南、华东和沿海地区及制造业发达地区，相对集中，规模较大，数量较多。而河南地区电镀企业规模均较小，呈现相对零散和混乱的状态。2021年全省“三个一批”活动中，全省规模较大的专业电镀园区河南表面处理产业园开工建设。建成后或将一改河南地区电镀行业“小、乱、散”现状。成为中部地区镀种齐全、工艺先进、规模宏大的表面处理产业园区。因此，商洪铨建议当地政府及相关部门全力支持河南表面处理产业园建设。他说，该项目规划有118条表面处理生产线，12个表面处理种类，年表面处理能力达678万。建设有生产厂房、废水处理中心、科技研发中心、运营服务中心等。采用“园中园”建设运营模式，走出集约用地、发展循环经济新路子。河南表面处理产业园位于宝丰县煤炭循环经济产业园，这里起步于2002年，是较早提出打造循环经济产业概念的工业集聚区。现有翔隆不锈钢、京宝焦化、洁石煤化等一批重点企业建成投产。经过一年多的规划建设，该项目已初具雏形，一期主体已封顶，预计2023年7月份投产。届时将既能壮大中部地区表面处理行业，又能为企业发展提供资源支撑，还能为本地增添就业机会，实现企业发展与地方受益共赢。“这个项目通过产业集聚化、规模化发展，构建国内具有竞争力的循环经济产业示范基地，拉长产业链条、做大关联企业、做强产业集群，以循环经济助推河南生态文明建设，助力制造业产业转型升级。”商洪铨说。（王磊彬）商洪铨：发展表面处理循环经济，助力制造业转型升级图1 激光诱导石墨烯材料从液态前驱体直接合成 三维石墨烯碳材料是由二维石墨烯在宏观尺度上构成的新型碳纳米材料，在能量储存与转化、催化、吸附分离等领域颇具应用前景。迄今为止涌现了大量三维碳材料的制备方法，可被归类为固态路线（以氧化石墨烯、天然和合成聚合物等为前驱体）和气态路线（气体碳源的化学沉积）。其中，固态路线往往缺乏对产物成分和结构灵活调控的能力，而气态路线极度依赖催化模板且效率低。液态是介于固、气之间的一种特殊状态，兼具固态的分子堆积密度以及气体的流动与兼容性。对液态路线的开发探索被认为是实现三维石墨烯材料结构与性能高效可控制备的关键。长期以来，科研人员在建立一条液态的三维石墨烯材料合成路线方面付出了努力与尝试，但未取得实质性进展。中国科学院宁波材料技术与工程研究所新型热固性树脂团队研究员刘小青基于多年的生物基热固性树脂研究（Composites Part B 2020，190，107926；Green Chemistry 2021，23，8643；Progress in Polymer Science 2021，113，101353；Chemical Engineering Journal 2022，428，131226；Composites Science and Technology 2022，219，109248），提出了开发生物基材料的本质是为了实现对生物碳的高效利用。基于此，研究利用激光烧蚀的方法，将生物基热固性树脂转化为功能性碳材料（Carbon 2020，163，85；Carbon 2021，183，600；ACS Nano 2021，15，12，19490；Nano Energy 2022，100，107477；Small 2022，2202960），拟完成从“生物碳”到“生物基树脂”再到“功能碳”的闭环转化。前不久，基于在这两个交叉领域的研究基础，科研人员通过对碳前体的分子结构设计，并利用激光刻蚀，实现了从液态前驱体直接转化为三维石墨烯材料（图1）。这条全新的制备路线集成了激光制造与液态前驱体两者的优势。几乎所有目前广泛应用的石墨烯宏观结构均可以通过这条液态路线直接一步制备，包括粉末、多孔膜、功能涂层、柔性Janus结构以及结构定制化的宏观三维石墨烯材料，展现了研究价值与应用前景。此外，制备得到的三维石墨烯材料的功能组分也具中科院宁波材料所：在树脂基三维碳材料制备技术方面获进展博览2023年第2期总第129期49博览 成果简报Expo Achievements标准动态Standards Expo50有高度的可控性。得益于液体良好的兼容性，功能性的有机或无机填料可以直接混入液态前驱体中，并在激光的辐照下原位形成石墨烯基复合材料，实现了包括杂原子掺杂、金属纳米粒子掺杂、金属氧化物纳米粒子掺杂以及其他功能性组分的掺杂等（图2）。例如，将多种金属有机化合物与液体共混之后进行激光辐照可以得到高熵合金掺杂石墨烯材料。其中，高熵合金以纳米粒子的形式均匀分布在三维石墨烯的多孔骨架表面，其粒径和含量则可以通过前驱体的掺杂比例灵活调节。该工作提出了全新的3D打印原理（Selective Laser Transforming，SLT，图3），即通过对液态前驱体的逐层转化实现对石墨烯材料三维结构的定制化构造，对于当前有限的碳材料3D打印技术做出了重要扩充。由于不熔不溶不聚合，开发适用于碳材料的3D打印技术长期以来被视为是一项挑战。而与现有的打印策略相比，除了在原理上具有本质的不同之外，这种通过面单元原位生长的打印方式的优势在于打印过程简单高效以及打印得到的产品具有高结构连续性。SLT打印过程避免了传统的高耗能高污染的氧化石墨烯的制备，且得到的打印产物无需额外的高温退火还原过程。打印产物的电导率和强度分别达4380 S/m和4.4 Mpa，优于传统的3D打印石墨烯材料。相关研究成果以“Direct Conversion of Liquid Organic Precursor into 3D Laser-induced Graphene Materials”为题，在线发表在Advanced Materials上。研究工作得到国家自然科学基金、浙江省杰出青年科学基金和浙江省领军型创新创业团队项目的支持。（中国科学院宁波材料技术与工程研究所）图2 三维石墨烯功能复合材料的制备表征 图3 全新的SLT石墨烯3D打印技术 2023年4月14日，由中汽中心中国汽车战略与政策研究中心（以下简称“中汽政研”）、中国汽车工业协会汽车零部件再制造分会、京津冀再制造产业技术研究院联合举办的“新能源汽车动力电池再制造政策及标准法规联合研究”启动会在福建宁德召开，来自汽车生产、动力电池生产、汽车零部件再制造、动力电池综合利用、电池资产、保险等领域的34家企业、行业机构的50余位代表参加了此次会议。会议由中汽政研副总工程师黎宇科主持。黎宇科对参会代表表示欢迎，并介绍了此次会议及研究工作开展的相关背景。中国汽车工业协会汽车零部件再制造分会秘书长谢建军详细介绍了再制造的历史背景、行业发展现状及政策趋势，并分享了动力电池再制造联合研究工作组下一步工作想法。京津冀再制造产业技术研究院院长张伟教授介绍了再制造产业的技术发展，从技术层面对我国再制造产业发展现状进行了梳理。中汽研华诚认证（天津）有限公司服务认证部部长张文超向参会代表介绍了认证技术在汽车零部件再制造领域的应用；中汽研新能源检验中心（天津）有限公司姜成龙工程师向参会代表介绍了动力电池测试“新能源汽车动力电池再制造政策及标准法规联合研究”启动会在宁德成功召开“新能源汽车动力电池再制造政策及标准法规联合研究”启动会中汽中心中国汽车战略与政策研究中心副总工程师黎宇科中国汽车工业协会汽车零部件再制造分会秘书长谢建军京津冀再制造产业技术研究院院长张伟