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如何制造無缺陷石墨烯 德國化學家有了新發現

2016-09-23

       德國化學家找到了一種廉價生產無缺陷石墨烯的方法。

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  石墨烯是前景最被人看好的新材料之一。但是全世界的研究人員依然在尋找制造無缺陷石墨烯的低成本方法。

  德國埃爾朗根-紐倫堡大學(FAU)的化學家率先成功地用石墨生產出了無缺陷石墨烯。他們的這項研究最近發表在《自然通訊》(Nature Communications)上。

  石墨烯是一種由單層碳原子構成的二維材料。它的導電性和導熱性都非常好,而且是透明的,具有柔性,但強度又十分大。石墨烯的獨特性質使得它可以用在許多精尖科技中,比如用于制造柔性顯示器的透明電極。

  但是,目前的石墨烯制造技術,在產品的大小、面積和瑕疵(影響導電性)等方面都有待改良,因此半導體工業暫時還未真正應用石墨烯。一支由Andreas Hirsch教授領導的FAU研究團隊最近在減少石墨烯的瑕疵這方面實現了突破。

  利用添加劑苯甲腈,他們發現了一種直接用溶液制造無缺陷的石墨烯的方法。這種方法制造出的石墨烯能夠無缺陷地切割,也可以通過設定載流子的數量獲得特定電學性質。用這種方法生產出來的石墨烯的質量比以往任何方法都要高得多。此外,這項技術效率很高,成本低廉。

  有一種常用的石墨烯傳統制造方法是石墨的化學剝脫。這種方法要將金屬離子嵌套在石墨(由碳構成)中,形成插層化合物。之后再用溶劑把單層碳原子,也就是石墨烯分離下來。

  然后把穩定后的石墨烯從溶劑中分離出來。但在這個過程中,由于晶格中碳原子的水合或氧化作用,最終得到的石墨烯可能出現缺陷。FAU的研究人員發現了一種溶液可以解決這個問題。他們在這種溶液中添加了苯甲腈,從而讓石墨烯能夠在不產生多余的官能團的情況下被分離出來,因此得到的石墨烯是無缺陷 的。

  “這個發現對于還原石墨烯合成領域的專家來說具有突破意義,”Hirsch 教授表示,“根據這項發現,我們預計用濕化學剝脫法制造的石墨烯的方法會取得巨大進步。比如,可以為半導體和感應器技術切割無缺陷的石墨烯。”

  FAU 的研究人員設計的方法還具有另一項優勢:在反應中,還原后的苯甲腈分子只要不接觸氧氣或水,它就會變成紅色。根據變色,研究人員就能很容易地用吸收測量法 對載流子進行計數。之前,只能通過測量電壓來計算載流子數量。這意味著,石墨烯和電池研究人員現在有了測量充電狀態的新方法。

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