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新技術(shù)使垃圾化身石墨烯
發(fā)表時(shí)間:2020-02-24     閱讀次數:     字體:【

近日,美國萊斯大學(xué)研究人員在《自然》上報道,他們可以將從食物殘渣到汽車(chē)舊輪胎的任何含碳固體轉化成石墨烯。如今,從高強度塑料到柔性電子產(chǎn)品,由石墨烯制成的材料使用范圍十分廣泛?,F有技術(shù)只能生產(chǎn)極少量的“完美”石墨烯,而在實(shí)驗室里,這種新方法已經(jīng)可以每天生產(chǎn)出幾克近乎原始的石墨烯,研究人員現在正在擴大其產(chǎn)能至每天數公斤。

  石墨烯的碳原子薄片像六角細鐵絲網(wǎng)一樣排列,其強度比鋼高,導電、導熱性能優(yōu)于銅,可作為防止金屬生銹的不透水屏障。但是,自2004年被發(fā)現以來(lái),高質(zhì)量石墨烯無(wú)論單層還是多層的工業(yè)規模制造和提純都價(jià)格不菲。對于制造發(fā)光二極管等小型器件來(lái)說(shuō),這不成問(wèn)題,但對于大批量應用而言,則成本太高。而高產(chǎn)量的生產(chǎn)方法,如從大塊礦物石墨中剝離石墨烯,則會(huì )產(chǎn)生多達50層的石墨烯片,這對大多數應用來(lái)說(shuō)并不理想。

  2014年,萊斯大學(xué)化學(xué)家James Tour和同事發(fā)現,可以用激光擊破一種叫做炭黑的無(wú)定形碳,從而制造出一種只有幾層厚的純石墨烯。短暫的脈沖將碳加熱到3000開(kāi)爾文以上,使碳原子間的鍵斷裂。當碳冷卻后,它會(huì )聚合成最穩定的結構——石墨烯。但這種方法制備的石墨烯仍然很少,并且要消耗大量能量。

  兩年前,Tour的研究生Luong Xuan Duy注意到,其他研究者通過(guò)電擊一種材料,制造出了金屬納米顆粒,同時(shí)產(chǎn)生了同樣短暫的熱沖擊波。

  “我想知道是否可以用它來(lái)加熱碳源并產(chǎn)生石墨烯?!盌uy說(shuō)。

  他在一個(gè)透明的玻璃瓶中放入一小塊炭黑,并用400伏特的電壓轟擊了約200毫秒。一開(kāi)始他得到了無(wú)用的東西,但稍作調整之后,他成功獲得了一個(gè)明亮的黃白色閃光,這表明瓶?jì)鹊臏囟冗_到3000開(kāi)爾文左右?;瘜W(xué)檢測表明,他制備出了石墨烯。

  這是一種理想的能夠大批量使用的石墨烯。當碳原子凝聚形成石墨烯時(shí),它們并未像在石墨中那樣有規律地堆積,而是成為一種渦輪態(tài)堆疊——石墨烯層以各種角度相互交錯的石墨烯材料。當在水或其他溶劑中時(shí),渦輪態(tài)堆疊的石墨烯的每一層都能與加入的任何復合材料相互作用。

來(lái)源于:中國科學(xué)院

 
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