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研究工作探究了等離子參數(shù)、原料氣體組成與納米石墨烯形態(tài)、層數(shù)及缺陷之間的關(guān)系，同時揭示了產(chǎn)生高純度石墨烯需要工藝條件。結(jié)合等離子體反應(yīng)器流場溫度場的數(shù)值模擬和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)計算，提出石墨烯可能的形成機理：低碰撞頻率的成核前驅(qū)體有利于形成片層（sheet-like）核心，并在富氫和高溫的等離子體環(huán)境中保持平面生長。石墨烯形成機理的闡明，為產(chǎn)品生產(chǎn)控制提供了理論指導(dǎo)。
石墨烯（Graphene）具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，被認為是一種未來革命性的功能/結(jié)構(gòu)材料，在能源環(huán)境、生物醫(yī)療、電子器件、化工和航空航天等多方面具有重要的應(yīng)用。采用射頻感應(yīng)加熱和微波加熱等離子體制備石墨烯能耗高，難以工業(yè)化應(yīng)用。熱等離子體熱解碳氫化合物合成石墨烯，由于等離子體電導(dǎo)率隨著溫度增加迅速上升，導(dǎo)致電弧自動收縮到很小的范圍，對于合成石墨烯要求的毫秒級反應(yīng)時間，難以實現(xiàn)均勻加熱，產(chǎn)品均勻性差，能耗高。采用課題組研制的磁分散電弧產(chǎn)生大面積均勻等離子體的技術(shù)，解決了等離子體對物料快速均勻加熱問題。
