超臨界二氧化碳（SC-CO?）是指在臨界溫度（31.1℃）和臨界壓力（7.38MPa）以上存在的特殊流體狀態(tài)，兼具氣體與液體的雙重特性。

一、物理性質?

1.?高擴散性與低黏度?

?擴散系數?為液體的100倍，傳質效率顯著提升，適用于快速萃取和反應過程。

?黏度接近氣體?（約為液體的1%），流動阻力極小，可大幅降低能耗。

2.?密度與溶解能力?

?密度接近液體?（0.448 g/cm3），賦予其強溶解能力，可高效萃取脂溶性物質（如咖啡因、香料）。

?溶解能力可調控?：通過調節(jié)壓力或溫度改變密度，實現對不同極性物質的靶向分離。

?二、化學與環(huán)境特性?

1.?惰性與穩(wěn)定性?

化學性質穩(wěn)定，不易燃且無毒，適用于食品、醫(yī)藥等敏感領域。

2.?環(huán)保優(yōu)勢?

全程無有機溶劑殘留，廢棄物僅為CO?（可回收循環(huán)），能耗比傳統(tǒng)方法降低60%。

三、制備石墨烯

超臨界二氧化碳（SC-CO?）剝離法制備石墨烯是一種兼顧環(huán)保性與可控性的新興技術。

1.工作原理：物化協同剝離機制

1）?超臨界CO?的滲透與插層?

SC-CO?在臨界點（31.1℃, 7.38MPa）以上兼具氣體擴散性與液體溶解力，其分子直徑（2.3?）小于石墨層間距（3.4?），可高效嵌入石墨層間形成插層結構。插層過程中，CO?分子通過范德華力削弱石墨層間作用力?。

2）?泄壓驅動的剝離動力學?

快速泄壓時，SC-CO?體積急劇膨脹（膨脹率>100倍），釋放的能量足以克服范德華力（約2 eV/nm2），實現石墨片層剝離。分子動力學模擬表明，該過程可在毫秒級完成，形成單層（<10層）石墨烯?。

2.技術演進：從實驗室到工業(yè)化嘗試

（1）工藝優(yōu)化路徑

1）?效率提升?

?分子楔輔助?：添加芘基聚合物（如芘胺）作為“插層增強劑”，剝離單層率提升至40%以上，Pt催化劑負載均勻性提高1.4倍?。

2）?機械能耦合?

上海交大開發(fā)超聲-剪切協同技術，在SC-CO?中通過機械應力活化石墨邊緣，剝離效率提升40%?。

3）?質量調控?

鄭州大學團隊利用SC-CO?攜帶H?O?調控含氧官能團，賦予氧化石墨烯室溫鐵磁性（飽和磁化強度1.71 emu/g）?。

4）工業(yè)化突破：SCME技術

趙亞平團隊提出?超臨界CO?協同機械剝離（SCME）；?

?雙重剝離機制?：宏觀球磨破碎與微觀CO?層間剪切結合；

?量產指標?：中試規(guī)模產能>40kg/(m3·day)，石墨烯導電性達5.26×10? S/m（理論值80%）?。

四、產業(yè)化現狀：應用與局限并存

五、核心挑戰(zhàn)與突破方向

1.?層數控制難題?
工業(yè)化產品層數分散性大（1-10層占比>60%），中北大學提出?氣泡輔助液相剝離法?：在石墨層間原位生成氣泡擴大層距，結合膠體體積排斥效應提升單層率，缺陷率降低50%?。

2.?連續(xù)化生產瓶頸?
廣西師范大學開發(fā)?陣列電解槽柔性封裝策略?，實現SC-CO?反應釜的連續(xù)泄壓與密封，突破批次生產限制?。

3.?成本與標準化缺失?

高壓設備占總投資60%，亟需開發(fā)低壓高效替代工藝?；

全球超臨界石墨烯缺乏層數、缺陷率統(tǒng)一檢測標準，市場亂象頻發(fā)（如“偽石墨烯”摻雜）?。

4.未來趨勢

?多技術集成?：SC-CO?剝離結合3D打印原位成型柔性電極，跳過轉移步驟減少結構損傷?；

?綠色升級?：超臨界流體微乳液技術提升功能化修飾穩(wěn)定性，避免sp2結構破壞?。

超臨界CO?剝離法正從“實驗室潛力”向“產業(yè)化落地”轉型，其核心突破點在于?設備工程革新?（如低壓連續(xù)化反應器）與?跨行業(yè)標準共建?，以平衡高性能與低成本矛盾。?