“神奇材料”石墨烯，除了是目前已知的最堅(jiān)硬材料外，還是目前最纖薄的涂層，保護(hù)銅、鎳等金屬免受腐蝕。科學(xué)家最新發(fā)現(xiàn)，石墨烯涂層可能是理想的抗腐蝕涂層，在玻璃防護(hù)方面，也具有獨(dú)特的防護(hù)效力！還能破解現(xiàn)有金或鉑涂層不能生物成像的難題，幫助形成高分辨率的電磁圖像！

保護(hù)玻璃

玻璃兼具防腐和耐化學(xué)物質(zhì)特性，因而在包裝材料上應(yīng)用于化學(xué)物質(zhì)和藥品防護(hù)。但是，在高濕度和PH環(huán)境條件下，韓國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某些質(zhì)地的玻璃會(huì)發(fā)生腐蝕，造成其透明性和強(qiáng)度降低。特別是在熱帶和潮濕環(huán)境條件下，傳統(tǒng)意義上這種最普通、最古老的硅酸鹽玻璃最容易被水腐蝕掉，這對(duì)于制藥、環(huán)境和光學(xué)工業(yè)，后果非常嚴(yán)重。

韓國(guó)科學(xué)家介紹道，“雖然玻璃的形式有很多種，但是普通的玻璃成分主要是二氧化硅(SiO2)以及少量的氧化鈉(Na2O)添加劑。玻璃的腐蝕是從表面吸附水分開始的。水中的氫離子擴(kuò)散到玻璃中，與玻璃表面鈉離子發(fā)生離子交換，玻璃表面水分PH值升高，使得硅酸鹽結(jié)構(gòu)分裂”（圖一：水分腐蝕玻璃原理）。

圖1 水分腐蝕玻璃原理

科學(xué)家一直尋求在玻璃上形成保護(hù)涂層，保護(hù)其免受損傷。理想的玻璃涂層應(yīng)該是纖薄、透明，同時(shí)具有優(yōu)異的隔絕化學(xué)物質(zhì)的特性。石墨烯是化學(xué)惰性的，薄且具有高透光率，非常有望作為涂層材料得以應(yīng)用。更重要的是，歸因于其優(yōu)異的化學(xué)阻隔作用，它甚至可以隔絕氦原子的穿透。因此，石墨烯正被探索作為保護(hù)涂層在耐腐蝕、抗氧化、耐摩擦、抗菌和抗電磁輻射材料上加以應(yīng)用。

日前，韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）多維碳材料中心（CMCM）研究人員開發(fā)了石墨烯涂層（圖二：石墨烯涂層制備及前后的變化），應(yīng)用于玻璃防護(hù)，解決了玻璃杯工業(yè)界的防腐難題。

圖2 石墨烯涂層制備及前后的變化

IBS科學(xué)家首先采用成熟的CVD法在銅基體上生長(zhǎng)石墨烯，然后把一到兩個(gè)單原子厚度的石墨烯片層轉(zhuǎn)移到矩形玻璃兩層。通過涂層前后水分滲透性測(cè)試表征石墨烯涂層的有效性。在60℃、120天水分滲透性測(cè)試中，研究人員發(fā)現(xiàn)沒有涂層的玻璃表面粗糙度和缺陷增加迅速，強(qiáng)度也逐漸降低。相反，單層或雙層石墨烯涂層的玻璃杯在斷裂強(qiáng)度和表面粗糙度上居然沒有任何變化（圖三：玻璃涂層前后變化）。

圖3 玻璃涂層前后變化

“這項(xiàng)研究的目的是為了驗(yàn)證CVD法制備的石墨烯是否可以轉(zhuǎn)移到玻璃上，同時(shí)保護(hù)玻璃免受水分腐蝕。我們的研究結(jié)果表明即使單原子厚度的石墨烯也會(huì)發(fā)揮涂層保護(hù)作用，”CMCM主任，兼蔚山國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究所（UNIST）教授Ruoff解釋道，“未來，當(dāng)大面積、高品質(zhì)石墨烯可以工業(yè)化制備后，通過優(yōu)化石墨烯轉(zhuǎn)移到玻璃上工藝，我們完全有理由相信石墨烯涂層在玻璃防護(hù)方面將會(huì)有大規(guī)模地應(yīng)用”。

科學(xué)家們甚至表示，石墨烯涂層可能是最理想的抗腐蝕涂層，可以應(yīng)用于很多方面，尤其是需要纖薄涂層的領(lǐng)域，比如用來包裹連接設(shè)備和航空航天設(shè)備以及用于移植設(shè)備中的微電子元件等。

提高成像

來自國(guó)立首爾大學(xué)和曼切斯特大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，生物樣品上的石墨烯涂層有助于消散非破壞性電子顯微鏡成像期間樣品表面的電荷積聚。這種積聚具有破壞性并且妨礙高分辨圖像的獲取。

目前使用的金或鉑涂層意味著研究人員無法獲取高分辨的樣品圖或者采取進(jìn)一步的定量/定性化學(xué)分析，如能量散射譜（EDS）?，F(xiàn)在，研究小組發(fā)現(xiàn)，由于石墨烯的高導(dǎo)電性，生物樣品上的一層石墨烯可以消散生物樣品不導(dǎo)電表面的電荷積聚。研究人員解釋說，一旦過量的電荷出現(xiàn)在樣品表面上，石墨烯膜為這些電荷的迅速消失提供傳導(dǎo)通道，因此可以獲得具有高分辨率的電磁圖像。

另外，石墨烯的高導(dǎo)熱性可以使其消散由顯微鏡的高能電子產(chǎn)生的多余熱量，從而防止生物標(biāo)本的熱損傷或變形等。由于石墨烯對(duì)于電子束來說是高度透明的，所以電子很容易穿透它深入到樣品中。

例如，這些電子激發(fā)樣品內(nèi)部各原子并最終產(chǎn)生特征X射線，這種射線很容易通過石墨烯膜從樣品表面逃脫，從而到達(dá)EDS探測(cè)器。相反，電子被阻止進(jìn)入具有金屬涂層的生物樣品，并且由于金屬涂層的大電子散射截面，樣品內(nèi)部產(chǎn)生的任何X射線也不能很容易的逃脫。

研究小組還發(fā)現(xiàn)，石墨烯可以用于液相環(huán)境中的包封大分子(例如，DNAs或者蛋白質(zhì))，并且它在真空環(huán)境下是穩(wěn)定的?！斑@可以使我們獲取這些分子內(nèi)部生物過程中原位且實(shí)時(shí)的電磁圖像，在電磁樣品的制備中使用傳統(tǒng)的方法很難完成（只在高真空下工作）。

覆蓋有石墨烯和金屬薄膜樣品的掃描電鏡圖像

不同尺度下具有不同涂層的生物物體用于電磁分析的示意圖

研究人員稱：該技術(shù)為他們提供了一種探索生物現(xiàn)象的新方法。例如，我們正在觀察具有石墨烯自組裝的生物物體在液體中如何被包封。并嘗試與其他技術(shù)相結(jié)合，例如低溫透射電子顯微鏡（TEM）和原子力顯微鏡（AFM），已被成功證明可用于觀察這些實(shí)時(shí)的過程，因此，研究人員認(rèn)為該技術(shù)有助于了解這些新的見解。

本文來源：綜合編輯烯碳資訊、石墨烯網(wǎng)、上海碳源匯谷的報(bào)道，感謝作者的精彩分享！轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處