石墨烯是近年來各國重視的一種新型材料，它具備多種特殊的物理性質(zhì)，在軍民領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。但是石墨烯的大規(guī)模工業(yè)制備一直是世界性難題。
石墨烯是近年來各國重視的一種新型材料
石墨烯
最近浙江大學(xué)高分子系實驗室取得了這方面的一個重要突破，通過使用新型的鐵系氧化劑取代傳統(tǒng)氧化劑，實現(xiàn)了快速、低成本、無污染制備石墨烯的新技術(shù)，有望解決這種材料的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)難題。據(jù)悉，石墨烯在電子、光學(xué)等領(lǐng)域的前景極為廣闊。
實驗數(shù)據(jù)顯示，用新方法在1個小時之內(nèi)，就能做出這樣的單層氧化石墨烯，未來有望在工業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。
日前發(fā)表了一篇由高超課題組完成的石墨烯制備研究成果。該成果避開現(xiàn)有石墨烯制備方法的諸多缺陷，突破了傳統(tǒng)氧化石墨烯制備方法，找到了一條低成本制備單層石墨烯的“綠色”路線。
石墨烯是近年來各國重視的一種新型材料
石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的類似正六角形的“蜂窩狀”薄片。20萬片石墨烯加在一起，才相當(dāng)于人類的一根頭發(fā)絲粗細(xì)。此前碳的這種二維結(jié)構(gòu)形式一直存在于科學(xué)家的猜想中，卻一直難以實現(xiàn)，其中的關(guān)鍵性難題就是如何把石墨分層到極薄的薄片。
石墨烯
2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的海姆和諾沃肖洛夫最終制成了厚度只有0.335納米的石墨烯，這是世界上第一次得到單層石墨烯，兩人也因此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎。目前，由兩人提出的膠帶紙粘貼法演化而來的機(jī)械剝離法已成為實驗室制備石墨烯的一種常用方法。然而，該方法局限性十分明顯，制成的是不同層數(shù)的石墨烯混合物，難以大規(guī)模制備單層石墨烯。
石墨烯若要真正實現(xiàn)應(yīng)用，有三個關(guān)鍵問題需要解決：原料、材料和器件。原料就是石墨烯，尤其是單層石墨烯；材料是石墨烯原料組裝成的宏觀材料；器件就是把材料做成有功能的裝備
經(jīng)過多年探索，研究團(tuán)隊終于發(fā)現(xiàn)了一種新型、廉價、無毒的鐵系氧化劑，取代了沿用半個多世紀(jì)的氯系、錳系氧化劑，使石墨烯制備過程快、成本低、無污染，適用于工業(yè)化大規(guī)模制備。媒體審稿人評價：“該方法對石墨烯未來的進(jìn)一步應(yīng)用具有重要意義。”
關(guān)于新的石墨烯生成技術(shù)，高超解釋說，鐵氧化劑分子的“奔跑”速度非?？?，可以像楔子一樣，快速穿插進(jìn)入石墨內(nèi)部，使其快速分層。“在此過程中，還會產(chǎn)生氧氣，這些氣體會幫助其‘頂’開層層石墨，使制備速度加快。”他說。
這種制備方法之所以很“綠色”，是因為它沒有爆炸隱患，不會產(chǎn)生有害物質(zhì)，屬于環(huán)境友好型技術(shù)。同時，生產(chǎn)實驗數(shù)據(jù)顯示，該方法在1個小時內(nèi)就可以制備單層石墨烯，有望實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。此外，在鐵系氧化劑溶液中制得后，可以收干還原成為石墨烯粉末；在制作材料時，又能“速溶”于溶劑。這一特性可以讓石墨烯原料便于保存和運輸。
石墨烯的未來可能用途：
石墨烯將能夠增加激光發(fā)射器的使用壽命和發(fā)射功率
碳原子呈六角形網(wǎng)狀鍵合的材料“石墨烯”具有很多出色的電特性、熱特性以及機(jī)械特性。具體來說，具有在室溫下也高達(dá)20萬cm2/Vs以上的載流子遷移率，以及遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銅的對大電流密度的耐性。為此，石墨烯有看用于高速晶體管、觸摸面板、太陽能電池用透明導(dǎo)電膜，以及成本低于銅但與銅相比可通過大電流的電線等。
最近，據(jù)國外媒報道，石墨烯擁有極強(qiáng)的光吸收能力，并且還能把吸收的光波迅速轉(zhuǎn)化為波長更短、頻率更高的激光，持續(xù)時間為幾飛秒。科學(xué)家們表示，利用這個新發(fā)現(xiàn)，未來他們可以發(fā)明更耐高溫的激光發(fā)射器（石墨烯超耐高溫）。
當(dāng)然，這個發(fā)現(xiàn)目前僅存在于實驗室，如果科學(xué)家們建立出實體模型，將能夠增加激光發(fā)射器的使用壽命和發(fā)射功率。
轉(zhuǎn)載請注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
