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分子進攻 石墨繳械

作者: 2015年02月05日 來源: 瀏覽量:
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浙江大學(xué)高分子系教授高超的科研團隊日前發(fā)明出一種制備單層石墨烯的新方法,有效解決了目前制備這一新興材料時污染嚴重、耗時長、成本高等問題,使工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的前景變得十分樂觀。

    浙江大學(xué)高分子系教授高超的科研團隊日前發(fā)明出一種制備單層石墨烯的新方法,有效解決了目前制備這一新興材料時污染嚴重、耗時長、成本高等問題,使工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的前景變得十分樂觀。相關(guān)成果發(fā)表在1月21日的《自然》雜志子刊《自然通訊》上。

  石墨烯被視為引領(lǐng)未來的材料,它只有一個原子的厚度,又具有極佳的強度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等物理性能。科學(xué)家已經(jīng)制成了石墨烯纖維、薄膜等材料,但作為原料的單層石墨烯卻長期缺乏快捷、安全的工業(yè)制備方法。這種情況,就好比我們已經(jīng)知道可以使用汽油作為燃料,卻一直找不到又快又好采集石油的辦法。

  高超課題組選擇在前人提出的“氧化還原法”基礎(chǔ)上繼續(xù)探索。這種方法的核心是通過氧化劑把石墨轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸┍∑S后經(jīng)還原反應(yīng),就得到了石墨烯。高超說:“‘氧化還原法’獲得突破的關(guān)鍵在于找到更加優(yōu)越的氧化劑。”

  長期以來,人們用錳或氯的化合物作為氧化劑,這不僅會產(chǎn)生重金屬污染或有毒氣體,生產(chǎn)過程中還存在發(fā)生爆炸的危險。制備時間在10小時以上,也過于漫長。高超課題組經(jīng)過反復(fù)嘗試,像愛迪生發(fā)現(xiàn)鎢絲一樣,發(fā)現(xiàn)了一種廉價無毒的鐵系氧化劑。高超說:“這種鐵氧化劑分子的‘奔跑’速度很快,能像楔子一般,快速穿插進入石墨內(nèi)部,讓石墨很快分層。這一過程中還會產(chǎn)生氧氣,幫助‘頂’開層層石墨,讓制備速度加快。”生產(chǎn)實驗數(shù)據(jù)顯示,在新型氧化劑的幫助下,單層氧化石墨烯能在1小時之內(nèi)完成制備。制備過程中也沒有產(chǎn)生有害物質(zhì),意味著后處理工藝很簡單。這些優(yōu)點都能在工業(yè)上極大地節(jié)省成本,使大規(guī)模應(yīng)用這一方法制備單層石墨烯成為可能。

  氧化石墨烯是在溶液中制得的,過去人們也都以溶液的形態(tài)保存和運輸這種原料。利用高超課題組新方法制得的氧化石墨烯,則能夠以粉末的形態(tài)存在而不產(chǎn)生堆積,仍然保持單個薄片的狀態(tài)。把粉末投放到溶劑中又能迅速溶解,轉(zhuǎn)入下一步加工。從溶液到粉末,人們獲得了更加方便的儲存、運輸石墨烯的方法。

  據(jù)介紹,高超課題組多年來在石墨烯領(lǐng)域不懈探索,已經(jīng)取得了一系列重要成果。課題組制備的石墨烯彈性氣凝膠可以“漂浮”在文竹纖細的葉子上,是2013年世界最輕固體材料紀錄的創(chuàng)造者。石墨烯材料還可以被進一步制成手機導(dǎo)熱膜、防輻射外衣、超級電容器等。高超表示,實現(xiàn)石墨烯原料的規(guī)模化、低成本制備,將有助于更多石墨烯材料和器件進入我們的日常生活。

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標簽:分子 石墨

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