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。