本文關(guān)鍵詞：天然石墨的成因、晶體化學(xué)特征及對石墨烯產(chǎn)業(yè)化的約束

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【摘要】：石墨烯及其應(yīng)用技術(shù)在新一輪產(chǎn)業(yè)革命中占據(jù)重要地位。天然石墨制備石墨烯過程中原料選取及品質(zhì)控制工作是石墨烯產(chǎn)業(yè)化瓶頸問題之一,該工作對指導(dǎo)石墨烯產(chǎn)業(yè)終端應(yīng)用和推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)化具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。然而,這方面見諸文獻(xiàn)的報(bào)道很少。論文選擇天然石墨的成因、晶體化學(xué)特征作為主要研究內(nèi)容,采用礦床學(xué)、礦物學(xué)、晶體化學(xué)與晶體物理學(xué)、資源產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)、石墨烯制備過程中原料選擇及品質(zhì)控制研究等多學(xué)科綜合研究的新方法,引進(jìn)石墨礦床的研究方法并提出天然石墨對石墨烯產(chǎn)業(yè)化的約束這樣一個(gè)新命題,探討了天然石墨的成因、晶體化學(xué)特征對石墨烯產(chǎn)業(yè)化的約束,從新視角入手以揭示特定成礦地質(zhì)條件約束的天然石墨對石墨烯下游應(yīng)用的適用性。論文主要結(jié)論:(1)全球鱗片石墨、脈型石墨和土狀石墨的形成條件主要是熱力學(xué)條件、碳源、有機(jī)生物、沉積建造等方面。(2)天然石墨成因及石墨化程度決定了石墨晶體的結(jié)構(gòu)、特征及物理化學(xué)特征,天然石墨的成因、晶體化學(xué)特征對氧化石墨(烯)和石墨烯結(jié)構(gòu)、屬性及電化學(xué)性能、導(dǎo)電性能有重要影響。(3)鱗片石墨的成因是影響石墨烯屬性及電性能的重要因素,也是影響石墨烯制備過程中氧化-還原產(chǎn)物性能的重要因素。(4)天然石墨都能作為石墨烯制備過程中的初始原料,根據(jù)賦礦地質(zhì)條件可以預(yù)測石墨礦物對石墨烯下游應(yīng)用的適用性,且能夠預(yù)先確定特定地質(zhì)條件產(chǎn)出石墨礦物制備的石墨烯粉體適合或不適合供給下游前沿新材料石墨烯企業(yè)。(5)從企業(yè)集團(tuán)、產(chǎn)業(yè)集群、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、石墨烯資源經(jīng)濟(jì)帶、區(qū)域協(xié)調(diào)政策、環(huán)境法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)檢測等方面,提出了推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)化的建議。論文創(chuàng)新性表現(xiàn)在:(1)繪制了天然石墨成礦過程框架圖,將天然石墨成礦過程概括為“碳質(zhì)來源+含礦巖石+熱力學(xué)條件+石墨化”,定義為天然石墨成礦的四要素。(2)構(gòu)建了下游前沿新材料石墨烯的原料選取及品質(zhì)控制的理論模型。表達(dá)式為G_(geo)= F(Bat,Flex,Bio,Cor,Com,Thermo)= αBat + βFlex + γBio + δCor +εCom + ζThermo模型限定了成礦地質(zhì)條件→石墨礦物→石墨烯粉體→石墨烯材料的邏輯關(guān)系,以及制備的石墨烯粉體適合或不適合作為石墨烯材料的原料,為石墨烯產(chǎn)業(yè)終端應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。(3)探索了鱗片石墨制備石墨烯具可控性的技術(shù)方法,認(rèn)為石墨化程度、比表面積、缺陷度、固定碳含量、碳質(zhì)來源、變質(zhì)相、成礦地球動(dòng)力學(xué)背景等多種因素對其有不同影響,可根據(jù)對石墨烯的層數(shù)或性能的需求選擇合適的天然石墨原料。(4)基于天然石墨對石墨烯產(chǎn)業(yè)化的約束,將石墨烯看作戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源并提出了石墨烯資源開發(fā)利用戰(zhàn)略的范式。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ127.11
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本文編號(hào)：1301327