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| 浙江大學(xué)高超課題組發(fā)明石墨烯快速制備新方法，可實(shí)現大規模量產(chǎn) |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-02-12 14:26:56 瀏覽次數： |
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石墨烯制品 “生產(chǎn)實(shí)驗數據顯示，用新方法在1個(gè)小時(shí)之內，就能做出這樣的單層氧化石墨烯，未來(lái)有望在工業(yè)領(lǐng)域大規模應用。”近日，在浙江大學(xué)高分子系一個(gè)裝滿(mǎn)了瓶瓶罐罐的實(shí)驗室中，該系教授高超一邊給記者展示一種類(lèi)似咖啡粉的褐色粉末，一邊向記者介紹說(shuō)。
《自然—通訊》雜志日前發(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(kāi)現有石墨烯制備方法的諸多缺陷，突破了傳統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(xiàn)。
石墨烯是一種由單層碳原子構成的類(lèi)似正六角形的“蜂窩狀”薄片。“20萬(wàn)片石墨烯加在一起，才相當于人類(lèi)的一根頭發(fā)絲粗細。”高超向記者介紹說(shuō)，此前碳的這種二維結構形式一直存在于科學(xué)家的猜想中，卻一直難以實(shí)現，其中的關(guān)鍵性難題就是如何把石墨分層到極薄的薄片。
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(lái)的機械剝離法已成為實(shí)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，制成的是不同層數的石墨烯混合物，難以大規模制備單層石墨烯。
在高超看來(lái)，石墨烯若要真正實(shí)現應用，有三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(guān)材料;器件就是把材料做成有功能的裝備。“宏觀(guān)材料問(wèn)題已經(jīng)基本解決了，最根本的原料問(wèn)題仍然處于探索之中。”他說(shuō)。
經(jīng)過(guò)多年探索，該研究團隊終于發(fā)現了一種新型、廉價(jià)、無(wú)毒的鐵系氧化劑，取代了沿用半個(gè)多世紀的氯系、錳系氧化劑，使石墨烯制備過(guò)程快、成本低、無(wú)污染，適用于工業(yè)化大規模制備?！蹲匀?mdash;通訊》審稿人評價(jià)：“該方法對石墨烯未來(lái)的進(jìn)一步應用具有重要意義。”
關(guān)于新的石墨烯生成技術(shù)，高超解釋說(shuō)，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)入石墨內部，使其快速分層。“在此過(guò)程中，還會(huì )產(chǎn)生氧氣，這些氣體會(huì )幫助其‘頂’開(kāi)層層石墨，使制備速度加快。”他說(shuō)。
這種制備方法之所以很“綠色”，是因為它沒(méi)有爆炸隱患，不會(huì )產(chǎn)生有害物質(zhì)，屬于環(huán)境友好型技術(shù)。同時(shí)，生產(chǎn)實(shí)驗數據顯示，該方法在1個(gè)小時(shí)內就可以制備單層石墨烯，有望實(shí)現大規模工業(yè)應用。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(shí)，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。
此次研究的成功并非一蹴而就。據了解，課題組此前已用石墨烯制作出多種形式的宏觀(guān)材料和超級電容器、鋰電池等器件。
高超的實(shí)驗室環(huán)境也展現了他們的研究歷程。在那里，記者看到大大小小的玻璃瓶中裝著(zhù)形態(tài)各異的石墨烯材料;有實(shí)驗室拍攝的入選《自然》雜志2011年度圖片的石墨烯打結圖;甚至實(shí)驗室纖細的文竹葉子上也“漂浮”著(zhù)入選2013年度世界最輕固體材料紀錄的石墨烯彈性氣凝膠;還有像電影膠片一樣、每分鐘可以“紡”10米的連續石墨烯薄膜……高超介紹說(shuō)，正是在此基礎上，他們才開(kāi)始考慮如何在原料層面突破現有難題，推動(dòng)單層石墨烯規?；?、低成本制備。
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