國(guó)家納米科學(xué)中心智林杰團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于新型石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜的制備及應(yīng)用研究，針對(duì)此領(lǐng)域中關(guān)鍵的科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)展了系統(tǒng)深入的研究，取得了系列成果，特別是在基于石墨原材料的還原氧化石墨烯（rGO）類透明導(dǎo)電薄膜的制備及應(yīng)用領(lǐng)域，做出了一系列原創(chuàng)性工作。在rGO類透明導(dǎo)電薄膜制備方面，提出了多種綠色高效的規(guī)?；苽浞椒ǎ?em>Small，2012；Advanced Materials，2012；Journal of Materials Chemistry A，2014；Advanced Materials，2017；）；針對(duì)石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜的實(shí)際應(yīng)用，提出并實(shí)現(xiàn)了一種新型的卷對(duì)卷規(guī)?；a(chǎn)工藝（Advanced Materials，2017），并搭建了基于此工藝的中試線；在石墨烯復(fù)合材料類透明導(dǎo)電薄膜方面，發(fā)展了石墨烯/納米碳復(fù)合材料透明導(dǎo)電薄膜（Journal of Nanoscience and Nanotechnology，2013）石墨烯/金屬網(wǎng)復(fù)合膜（Carbon，2015）等新型復(fù)合結(jié)構(gòu)。在石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜應(yīng)用方面，基于這些新型的透明導(dǎo)電薄膜制備了柔性觸摸屏（Advanced Materials，2012）、電致變色智能窗（Small，2012；Carbon，2015；Advanced Materials，2017）、染料敏化太陽(yáng)能電池（Nano Letters，2008）及高性能透明電極（Journal of Materials Chemistry A，2014）等一系列性能出色的新型光電器件。
圖一、基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜的材料體系及應(yīng)用領(lǐng)域
因在石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域長(zhǎng)期的工作積累，近期智林杰研究員團(tuán)隊(duì)受邀為Small Methods雜志撰寫(xiě)相關(guān)綜述：“Graphene‐Based Transparent Conductive Films: Material Systems, Preparation and Applications”。該文章從石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜的制備材料入手綜述了此領(lǐng)域國(guó)內(nèi)國(guó)際最新研究進(jìn)展。文章首先系統(tǒng)地總結(jié)了此類薄膜的材料體系、制備方法以及在光電領(lǐng)域中的應(yīng)用（圖一），并比較了不同種類的石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的性能（圖二）和優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)此領(lǐng)域中存在的問(wèn)題及相應(yīng)的解決方法進(jìn)行了討論，對(duì)此類薄膜的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
圖二、不同石墨烯類透明導(dǎo)電薄膜的光電性能對(duì)比
此綜述于2018年10月15日在Small Methods雜志上在線發(fā)表（https://doi.org/10.1002/smtd.201800199）。論文的第一作者是國(guó)家納米科學(xué)中心的馬英杰助理研究員，通訊作者是智林杰研究員。
本文來(lái)自MATERIALS VIEWS CHINA，本文觀點(diǎn)不代表利特納米立場(chǎng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者。
關(guān)節(jié)置換術(shù)、種植牙等植入手術(shù)近年來(lái)不斷增加。這類治療通常有細(xì)菌感染風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生植入物與骨骼無(wú)法連接而不得不取出。研究人員發(fā)現(xiàn)，植入物表面覆上一層石墨烯“釘”能形成保護(hù)層，令細(xì)菌難以附著，而且能夠劃破并殺死細(xì)菌，使患者無(wú)須接受抗生素治療，降低移植排斥反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。這一過(guò)程中好細(xì)菌也會(huì)被殺死，但因作用范圍有限，全身微生物平衡不會(huì)受影響。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，石墨烯不會(huì)影響骨結(jié)合過(guò)程，即植入物與骨組織直接接觸，反而有益骨細(xì)胞。
研究人員說(shuō)，石墨烯“釘”不會(huì)損傷人體細(xì)胞。因?yàn)榧?xì)菌直徑是1微米，人體細(xì)胞直徑是25微米，石墨烯“釘”對(duì)細(xì)菌是致命尖刀，對(duì)人體細(xì)胞而言只不過(guò)是個(gè)小刺。
研究結(jié)果刊載于最新一期《先進(jìn)材料·相互作用》雜志。
石墨烯“釘”并非首創(chuàng)，但是這樣的用途是首次發(fā)現(xiàn)。查默斯理工學(xué)院研究小組計(jì)劃著手動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步測(cè)試石墨烯“釘”的效用。
本文來(lái)自新華網(wǎng)，本文觀點(diǎn)不代表利特納米立場(chǎng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者。
]]>石墨烯是由碳原子組成的單層石墨——最早的石墨烯就是用膠帶一層一層地把石墨變薄而獲得的，是只有一個(gè)碳原子厚度的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。具有非常好的導(dǎo)熱性、電導(dǎo)性、透光性，而且具有高強(qiáng)度、超輕薄、超大比表面積等特性，因而被譽(yù)為“超級(jí)材料”。
石墨烯的用途非常廣泛，可以被應(yīng)用于鋰離子電池電極材料、薄膜晶體管、傳感器、半導(dǎo)體器件、復(fù)合材料制備、透明顯示觸摸屏等方面。
石墨烯是替代硅的理想材料
相對(duì)于通過(guò)前端設(shè)計(jì)提升微結(jié)構(gòu)來(lái)提高芯片性能，通過(guò)后端設(shè)計(jì)來(lái)提升主頻顯然更加簡(jiǎn)單粗暴，而且隨著Intel在IPC上已經(jīng)遭遇緊瓶，相信全球其他IC設(shè)計(jì)公司在各自的微結(jié)構(gòu)達(dá)到Haswell水平后，IPC很有可能也會(huì)相繼撞墻。因此，提升主頻已經(jīng)是成為了提升CPU性能的不二之選。
硅基材料集成電路主頻越高，熱量也隨之提高，并最終撞上功耗墻。目前硅基芯片最高的頻率是在液氮環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的8.4G，日常使用的桌面芯片主頻基本在3G到4G，筆記本電腦為了控制CPU功耗，主頻普遍控制在2G到3G之間。
但如果使用石墨烯材料，那么結(jié)果就可能不同了。因?yàn)橄鄬?duì)于現(xiàn)在普遍使用的硅基材料，石墨烯的載流子遷移率在室溫下可達(dá)硅的１０倍以上，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下最高可達(dá)100倍，飽和速度是硅的５倍，電子運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的１／３００。同時(shí)具有非常好的導(dǎo)熱性能，芯片的主頻理論上可以達(dá)到300G，并且有比硅基芯片更低的功耗——早在幾年前，IBM在實(shí)驗(yàn)室中的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管主頻達(dá)155G。
因此，采用石墨烯材料的芯片具有極高的工作頻率和極小的尺寸，而且石墨烯芯片制造可與硅工藝兼容，是硅的理想替代材料——在前端設(shè)計(jì)水平相當(dāng)?shù)那闆r下，使用石墨烯制造的芯片要比使用硅基材料的芯片性能強(qiáng)幾十倍，隨著技術(shù)發(fā)展，進(jìn)一步挖掘潛力，性能可能會(huì)是傳統(tǒng)硅基芯片的上百倍！同時(shí)還擁有更低的功耗。
石墨烯材料制備
石墨烯材料可分為兩類：一類是由單層或多層石墨烯構(gòu)成的薄膜；另一類是由多層石墨烯（１０層以下）構(gòu)成的微片。
目前石墨烯制造方法多達(dá)幾十種——物理方法主要有機(jī)械剝離法、取向附生法和加熱ＳｉＣ外延生長(zhǎng)法；化學(xué)方法主要有電弧放電法、化學(xué)剝離法、氧化還原法和化學(xué)氣相沉積（ＣＶＤ）法。各種制備方法獲得的石墨烯材料應(yīng)用領(lǐng)域有所不同，比如采用電弧放電發(fā)制取的石墨烯更適合作為超級(jí)電容器的電極材料，而可用于制造集成電路的石墨烯材料的制備方法是加熱ＳｉＣ外延生長(zhǎng)法和ＣＶＤ法。
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加熱ＳｉＣ法
加熱ＳｉＣ法是在ＳｉＣ晶圓的Ｓｉ面或Ｃ面上，通過(guò)加熱使Ｓｉ原子蒸發(fā)掉而在ＳｉＣ上形成石墨烯層。該方法制作的石墨烯材料層數(shù)可控，面積較大，具有較高的載流子遷移率，能夠研制出高性能的射頻芯片。但目前受ＳｉＣ晶圓尺寸的限制，這種技術(shù)最多只能生長(zhǎng)出４英寸晶圓級(jí)石墨烯，尺寸雖無(wú)法與現(xiàn)代芯片所需的１２英寸Ｓｉ材料相比，但是晶圓質(zhì)量與Ｓｉ晶圓相當(dāng)甚至更好。2015年，北京大學(xué)采用氫輔助法在４Ｈ－ＳｉＣ表面外延生長(zhǎng)出高質(zhì)量石墨烯，其中氫充當(dāng)了碳刻蝕劑的作用，產(chǎn)生的石墨烯層面積更大，厚度更均勻。
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化學(xué)氣相沉積（ＣＶＤ）法
ＣＶＤ法是以銅和鎳等金屬材料作為襯底來(lái)生長(zhǎng)具有原子級(jí)厚度的石墨烯材料。
這種方法獲得的石墨烯材料的面積大、導(dǎo)電性高、透光性好和成本低，而且ＣＶＤ法制作石墨烯器件的工藝與硅工藝非常兼容，是納米半導(dǎo)體器件的主要發(fā)展方向。2013年，中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院宣布已在銅箔表面制備出１２英寸以上的石墨烯薄膜，大尺寸、高質(zhì)量的石墨烯薄膜制備技術(shù)也已突破。
石墨烯材料應(yīng)用前景
因石墨烯具有的較高的載流子遷移率、極高的載流子速度、優(yōu)異的等比縮小和有限的散射等特性，是電子器件和集成電路的首選材料。在射頻領(lǐng)域，已研制出性能極高的零帶隙大面積石墨烯ＭＯＳＦＥＴ、雙層石墨烯ＦＥＴ等產(chǎn)品；在石墨烯數(shù)字邏輯方面，已出現(xiàn)了雙層石墨烯晶體管、納米帶晶體管和隧穿ＦＥＴ及相關(guān)電路。
在光纖通信方面，因石墨烯中的電子在遷移時(shí)，不會(huì)因?yàn)榫Ц袢毕莼蛞胪鈦?lái)原子而發(fā)生散射，即使周?chē)荚影l(fā)生擠撞，石墨烯內(nèi)部受到的干擾也非常小。若將傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸銅纜替換為石墨烯，不僅傳輸線纜的重量降低，強(qiáng)度增大，信道降噪抗干擾能力也會(huì)得到極大地提升。雖然光纖傳輸速度快，效率也高，但是數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，光電轉(zhuǎn)換比較麻煩。如果用石墨烯替代光纖應(yīng)用于有線傳輸，不僅能保障傳輸速度和質(zhì)量，還能免除廣電轉(zhuǎn)換過(guò)程，進(jìn)而省去了一大堆光電轉(zhuǎn)換設(shè)備及研究、制造經(jīng)費(fèi)。
在傳感器制造方面，因石墨烯僅吸收2.3%的光，并使所有光譜的光均勻地通過(guò)，具有非常好的透光性，可以用于傳感器的制作。據(jù)新加坡一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)展示的科研成果，石墨烯感光元件的性能比傳統(tǒng)傳感器強(qiáng)1000倍——在昏暗的光線環(huán)境中，?這類傳感器依然能夠捕捉到較為清晰的物體影像。
在屏幕制造方面，因具有輕、薄、幾乎完全透光、強(qiáng)度大、柔韌性好等特點(diǎn)，石墨烯是最有潛力替代氧化銦錫的材料。采用石墨烯技術(shù)的屏幕和現(xiàn)在的手機(jī)屏幕相比，不僅更薄、透光性更好，而且還具有更好的韌性，更不容易破損，甚至還能做成能夠卷起的柔性屏幕。石墨烯屏幕能比現(xiàn)在用的屏幕擁有更好的用戶體驗(yàn)。
在鋰電池上采用石墨烯材料電極，能有效提升電池的提升電池倍率充放電性能、循環(huán)壽命和能量密度，具體請(qǐng)參照《華為Mate8的石墨烯電池是怎么回事》。
相對(duì)于上述用途，在無(wú)線通信領(lǐng)域石墨烯芯片的大規(guī)模應(yīng)用很有可能會(huì)先行一步。
目前主流的4G系統(tǒng)基站雖然已經(jīng)采用了負(fù)責(zé)基帶處理的BBU+負(fù)責(zé)射頻的RRU通過(guò)光纖拉遠(yuǎn)的架構(gòu)，但由于機(jī)房站址資源日益稀缺和高成本，將BBU集中設(shè)置以節(jié)省機(jī)房的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，同時(shí)也要求對(duì)基帶資源共享、集中調(diào)度等功能的實(shí)現(xiàn)。
由于基帶信號(hào)對(duì)帶寬和各項(xiàng)處理資源的消耗很大，現(xiàn)有芯片和背板處理速度根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的基帶資源集中調(diào)度和共享，同時(shí)在散熱、功耗等方面也面臨很大挑戰(zhàn)。
若采用石墨烯材料，不但芯片處理能力、數(shù)據(jù)交換速率能得到大幅提升，石墨烯良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電和耐溫特性也使得在散熱、功耗方面的要求降低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)處理能力達(dá)到上萬(wàn)載頻的集中式基帶資源池。未來(lái)無(wú)線通信技術(shù)無(wú)疑以滿足高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，而傳統(tǒng)的宏蜂窩技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足應(yīng)用，必然走向宏微結(jié)合的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，引入大量smellcell網(wǎng)元以滿足室內(nèi)以及熱點(diǎn)場(chǎng)景的覆蓋和容量需求。
但隨著這些網(wǎng)元的引入，改變了原有宏站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，產(chǎn)生大量新的干擾場(chǎng)景，必須通過(guò)引入各種站間、宏微協(xié)同等技術(shù)予以消除。
比如采用協(xié)同多點(diǎn)傳送和接收技術(shù)，但會(huì)帶來(lái)各種協(xié)同算法加載后的大量復(fù)雜計(jì)算對(duì)資源的消耗，而基于石墨烯材料的基帶芯片大量應(yīng)用，其強(qiáng)悍的運(yùn)算能力將使這些原本需要海量運(yùn)算能力的技術(shù)和算法具有可操作性。
或許你并不知道什么是石墨烯？但它今后會(huì)應(yīng)用在你的生活和科技產(chǎn)品中。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，只需10秒，發(fā)熱片表面溫度可升達(dá)30℃。10平方室內(nèi)面積只需一幅石墨烯采暖畫(huà)，整個(gè)屋子就能迅速溫暖起來(lái)。
被業(yè)內(nèi)稱為“黑金”的石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，幾乎完全透明，是目前世界上電阻率最小的材料。曾有專家分析，用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍，應(yīng)用在鋰電池，整體成本可降低20%。
在此之前，石墨烯一直用在軍工、制造、太陽(yáng)能、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)在，石墨烯這種材料開(kāi)始應(yīng)用在太陽(yáng)能發(fā)熱、家用電器、電暖等產(chǎn)品上，京東上已開(kāi)始售賣(mài)智能理療護(hù)腰、智能發(fā)熱服、智能暖貼。石墨烯產(chǎn)業(yè)奠基人、江南石墨烯研究院名譽(yù)理事長(zhǎng)馮冠平教授表示，除了即將掀起的智能穿戴革命。
例如，石墨烯智能暖貼，3.7V低電壓即可迅速加熱20度-60度快速升溫，通過(guò)手機(jī)APP可自由調(diào)溫。
馮冠平透露，在海外研究石墨烯的華人很多，最近幾年開(kāi)始回國(guó)發(fā)展，目前，江蘇常州市政府建立了石墨烯創(chuàng)業(yè)平臺(tái)。在常州，石墨烯已形成了批量生產(chǎn)的能力，包括了石墨烯薄膜等。從事石墨烯生產(chǎn)的企業(yè)有15家，下游應(yīng)用配套企業(yè)40多家。
“5年前石墨烯比黃金還貴，現(xiàn)在成本已開(kāi)始下降，例如智能理療護(hù)腰，價(jià)格在500多元，京東眾籌三四百元?！瘪T冠平同時(shí)透露。
如何產(chǎn)業(yè)化？
石墨烯這種新型材料雖然應(yīng)用領(lǐng)域較廣，但怎么將他快速產(chǎn)業(yè)化，讓更多用戶熟悉它，仍然在探索中。
中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)李義春表示，五年前，石墨烯應(yīng)用在鋰電池和手機(jī)觸摸屏上，但最終因產(chǎn)業(yè)未成熟并未大面積普及。李義春回憶，當(dāng)時(shí)欲將石墨烯薄膜放在手機(jī)觸摸屏上，因?yàn)楫?dāng)時(shí)手機(jī)觸摸屏的價(jià)格很貴達(dá)30塊錢(qián)，后來(lái)我們?cè)谌虻谝粋€(gè)將石墨烯應(yīng)用在觸摸屏上，30塊錢(qián)就變成了10塊錢(qián)，也就沒(méi)有優(yōu)勢(shì)了。
“石墨烯下一步將大面積用于高節(jié)能產(chǎn)品上，例如，用于冰箱的除霜上，冰箱耗電多半是因?yàn)槌斐傻?，這個(gè)會(huì)引發(fā)制冷行業(yè)的革命，可大幅度的降低能源的消耗?！钡盍x春表示，真正體現(xiàn)石墨烯的好性能是高導(dǎo)熱性和高導(dǎo)電的優(yōu)異性能的產(chǎn)品，它具有其他材料的不可替代性，目前還需要更多企業(yè)和技術(shù)研究人員去挖掘。
]]>科學(xué)家們相信，欲利用好石墨烯的特性，可以將這些二維碳納米片有效地排列成宏觀材料——石墨烯纖維。
“在最近幾年里，人們?cè)谑┑幕拘再|(zhì)研究方面取得了很大的進(jìn)展。但在我們的研究之前，人們很難想象怎樣才能將不足一納米厚的石墨烯片變成宏觀的纖維材料?！备叱f(shuō)，“在這一領(lǐng)域，之前的研究都集中在制備石墨烯紙。然而，這一形式的材料尺寸上只有數(shù)毫米至幾厘米，而無(wú)法像纖維一樣能夠連續(xù)制備得到人們想要的長(zhǎng)度”。這意味著，此次做出的連續(xù)纖維在全世界尚屬首例。
微小的石墨烯片好比是一張紙，這張紙有強(qiáng)大的物理特性但無(wú)用武之地，假如將這種紙一張張縱向摞起來(lái)，組成一根非常長(zhǎng)的大“繩子”，那么這根“繩”就是上面提到的纖維了。纖維可以紡成線，線可以編成真正的繩子，線也可以織成布。有了繩子和布，石墨烯就有了廣闊的用武之地。只是這種纖維并不一定具備石墨烯那樣的剛性，因?yàn)槔w維的結(jié)實(shí)程度取決于其片與片之間的親合力。
高超介紹說(shuō)，經(jīng)過(guò)改性和復(fù)合，可以形成多系列、多用途的石墨烯纖維，作為一類高性能纖維的基本原料。用這種布料做的衣服可防輻射、抗靜電、抗細(xì)菌，乃至制成特種功能服裝如抗腐蝕服、防彈衣及柔性電子器件服裝；強(qiáng)度進(jìn)一步提高后，這些纖維可制成建筑支撐材料，代替鋼筋等金屬材料搭建輕型房子、帳篷等，也可用于汽車(chē)外殼、輕型飛機(jī)外殼等，當(dāng)然還可以很容易做成輕質(zhì)電纜電線、導(dǎo)電/抗靜電管路、柔性電容器、電池、傳感器等。
下一個(gè)目標(biāo)：石墨烯纖維的力學(xué)強(qiáng)度
在實(shí)驗(yàn)室里，高超和許震制成了幾十米長(zhǎng)的石墨烯纖維。“用石墨烯納米片紡成十米絲的難度，相當(dāng)于用普通打印紙疊成一千公里長(zhǎng)繩子的難度?！?/p>
高超說(shuō)：“石墨烯很難溶解，難以開(kāi)展對(duì)其液相性質(zhì)的深入研究。另外，由于溶解度低、缺少組裝方法，如何實(shí)現(xiàn)石墨烯有序排列的宏觀纖維是該領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。”
他們使用了一種叫濕法紡絲的工業(yè)方法。通過(guò)氧化，他們先將石墨變成氧化石墨烯，這是一種易溶解的石墨烯衍生物。高濃度的純氧化石墨烯溶液看似半固體半液體的分散液，可以像黏稠的液體一樣流動(dòng)，但是，其中的氧化石墨烯片卻自發(fā)地整齊排列。
要知道，紡絲時(shí)必須讓所有的石墨烯片沿纖維的軸向排列，否則，只要有一片石墨烯“不聽(tīng)話”而橫向排列，就會(huì)形成纖維的缺陷，極容易在此處斷裂而無(wú)法進(jìn)行連續(xù)紡絲。高超解釋：“正是因?yàn)檫@種有序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得我們得到的液晶分散液可以很好地用于纖維的紡制。”然后，采用化學(xué)還原的方法將其處理，就得到了可以導(dǎo)電的石墨烯長(zhǎng)纖維。
通過(guò)液晶紡絲，制得了石墨烯連續(xù)纖維，開(kāi)辟了由天然石墨室溫制取純碳基纖維的新通道。纖維導(dǎo)電性好、強(qiáng)度高、韌性佳，可打結(jié)，也可編織成各種導(dǎo)電織物。這種石墨烯纖維在柔性器件及高性能復(fù)合材料等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
雖然石墨烯并不是第一個(gè)用于連續(xù)制備纖維的碳材料(在這之前還有傳統(tǒng)的碳纖維和碳納米管纖維)，但是石墨烯纖維有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。高超介紹說(shuō)：“碳纖維需要高溫處理(高于1000攝氏度)才可以得到，而我們的石墨烯纖維在室溫下用水溶液紡絲即可制得，其制備過(guò)程相當(dāng)方便快捷、綠色環(huán)?！?。
如何提高石墨烯纖維的力學(xué)強(qiáng)度是高超小組的下一個(gè)目標(biāo)。他們初步制備的石墨烯纖維有著一些結(jié)構(gòu)上的缺陷，從而降低了它的力學(xué)性能?！氨M管現(xiàn)在石墨烯纖維的力學(xué)強(qiáng)度與碳纖維相比還有較大的差距(其韌性遠(yuǎn)優(yōu)于碳纖維)，但我們相信其進(jìn)一步提高的空間還很大”。
當(dāng)然，如果主要利用的是石墨烯纖維的高導(dǎo)電性能，纖維的高強(qiáng)度并不是必須的。研究石墨烯合成的新加坡南洋理工大學(xué)張華教授認(rèn)為：“這種纖維一定有它的用武之地，例如可能用于觸摸面板、傳感器或者功能織物等”。
]]>中國(guó)在石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域探索中獲得重大發(fā)現(xiàn)：石墨烯在光作用下的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)可作為新的太空動(dòng)力來(lái)源，作為一種新的發(fā)電裝置都成為了可能。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)與論證，北京碳世紀(jì)科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱碳世紀(jì)）展現(xiàn)了這項(xiàng)重大應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，并成功研制了該項(xiàng)裝置，充分展示了石墨烯材料的“光懸浮”現(xiàn)象。
何為“光懸浮”現(xiàn)象？
碳世紀(jì)描述了“光懸浮”現(xiàn)象：石墨烯特有的單原子層結(jié)構(gòu)可以將光能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。具體表現(xiàn)為將光束垂直向上照射玻璃管中的石墨烯球底部，隨著光強(qiáng)逐漸由小變大，石墨烯球開(kāi)始向上移動(dòng)，最終在光強(qiáng)穩(wěn)定時(shí)，石墨烯球停止向上移動(dòng)，其克服重力作用并與原來(lái)位置產(chǎn)生一定位移（10CM-80CM）,在重力和管壁附著力的作用下“懸浮”在玻璃管中。
重大意義：動(dòng)力源提供取之不盡用之不竭
石墨烯材料可將光能直接轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這標(biāo)志著石墨烯材料將成為一種新的動(dòng)力來(lái)源，這種動(dòng)力源將遠(yuǎn)高于光壓現(xiàn)象所產(chǎn)生的動(dòng)力源。可為星際探索、衛(wèi)星變軌等提供無(wú)盡的動(dòng)力。相關(guān)專家表示，這項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)是由中國(guó)人首次發(fā)現(xiàn)，這將為人類探索未知世界開(kāi)啟又一扇大門(mén)。
發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)重大應(yīng)用后，碳世紀(jì)迅速啟動(dòng)了該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的演示裝置的研制，經(jīng)過(guò)了近千次的反復(fù)實(shí)驗(yàn)、論證，現(xiàn)有的應(yīng)用裝置已能夠全景展現(xiàn)石墨烯材料的“光懸浮”現(xiàn)象。
因在石墨烯方面的開(kāi)創(chuàng)性試驗(yàn)而獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的安德烈?海姆教授在2000年曾展示了利用磁性使青蛙克服重力實(shí)現(xiàn)懸浮的視頻。而今天，碳世紀(jì)使用光束將石墨烯材料懸浮起來(lái)并展現(xiàn)在世人的面前。
碳世紀(jì)將于今年7月為此召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，公布此項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)的更多詳細(xì)信息。碳世紀(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)全體成員將與社會(huì)一同見(jiàn)證這一歷史時(shí)刻。
]]>在紅外吸收光譜學(xué)這種標(biāo)準(zhǔn)的探測(cè)方法中，光被用來(lái)激活分子。不同分子的振動(dòng)不同，借由這種振動(dòng)，分子會(huì)顯示其存在甚至表現(xiàn)自己的“性格”。這些“蛛絲馬跡”可在反射光中“讀出”。但在探測(cè)納米大小的分子時(shí)，這一方法的表現(xiàn)差強(qiáng)人意。因?yàn)檎丈浞肿拥募t外光子的波長(zhǎng)約為6微米，而目標(biāo)分子僅幾個(gè)納米，很難在反射光中探測(cè)到如此微小分子的振動(dòng)。
于是，石墨烯受命于危難之間。研究合作者丹尼爾·羅德里戈解釋道，如果讓石墨烯擁有合適的幾何形狀，其就能將光聚焦在表面上的某個(gè)特定點(diǎn)上，并“傾聽(tīng)”附著其上的納米分子的振動(dòng)。他說(shuō)：“通過(guò)使用電子束轟擊并使用氧離子蝕刻，我們?cè)谑┍砻媾艘恍┘{米結(jié)構(gòu)。當(dāng)光到達(dá)時(shí)，納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子會(huì)振蕩，產(chǎn)生的‘局域表面等離子體共振’可將光聚集在某個(gè)點(diǎn)上，其與目標(biāo)分子的尺度相當(dāng)，因此，能探測(cè)納米大小的結(jié)構(gòu)?！?/p>
除此之外，這一過(guò)程也能揭示組成分子的原子鍵的屬性。研究人員稱，當(dāng)分子振動(dòng)時(shí)，連接不同原子的原子鍵會(huì)產(chǎn)生多種振動(dòng)，不同振動(dòng)之間的細(xì)微差別可提供與每個(gè)鍵的屬性以及整個(gè)分子的健康狀況有關(guān)的信息。為了找出每個(gè)原子鍵發(fā)出的“聲音”從而確定所有的頻率，需要用到石墨烯。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員對(duì)石墨烯施加不同的電壓，讓其“調(diào)諧”到不同的頻率，從而能“閱讀”其表面上的分子的所有振動(dòng)情況，而使用目前的傳感器無(wú)法做到這一點(diǎn)。研究人員海蒂斯·奧特格說(shuō)：“我們讓蛋白質(zhì)附著在石墨烯上，并用這一方法，得到了分子全方位的信息。”
研究人員表示，這種簡(jiǎn)單的方法表明，石墨烯在探測(cè)領(lǐng)域擁有不可思議的潛能，奧特格表示：“盡管我們研究的是生物分子，但這一方法或許也適用于聚合物和其他物質(zhì)?！?/p> ]]>
南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院周震教授課題組在新型儲(chǔ)能體系——可充電鋰二氧化碳電池研究方面，最近取得重要進(jìn)展。該校這一最新研究成果已被國(guó)際頂級(jí)期刊選為熱點(diǎn)論文，并得到國(guó)家自然科學(xué)基金委和教育部的資助。
南開(kāi)大學(xué)研發(fā)的以石墨烯做正極、鋰做負(fù)極的鋰二氧化碳電池，在化學(xué)反應(yīng)后吸收了二氧化碳，放出了電能。同時(shí)其化學(xué)反應(yīng)還可放出無(wú)定型碳，將能直接作為燃料。如果此項(xiàng)新型“植物”電池研制成功并應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)，其續(xù)航能力將是當(dāng)前一般鋰電池的5—10倍，將使手機(jī)、筆記本電腦續(xù)航能力不足的問(wèn)題有望得到極大改善。
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石墨烯海綿是呈海綿狀的石墨烯三維結(jié)構(gòu)。海綿結(jié)構(gòu)允許污染物在它的孔狀間隙中擴(kuò)散。海綿狀的結(jié)構(gòu)也比單分散的片層容易處理和使用。因此，石墨烯海綿已經(jīng)成為極具實(shí)用前景的石墨烯吸附材料。制備石墨烯海綿的關(guān)鍵在于保持石墨烯的多孔結(jié)構(gòu)。冷凍干燥能在干燥過(guò)程中很好的保持氧化石墨烯的孔狀結(jié)構(gòu)。在制備石墨烯海綿時(shí)，冷凍干燥也是干燥樣品的最佳選擇。石墨烯海綿也可以在水熱法還原氧化石墨烯的過(guò)程中得到。與氧化石墨烯海綿類似，石墨烯海綿的孔狀結(jié)構(gòu)只有在冷凍干燥法中才能得到保持。直接干燥石墨烯海綿會(huì)導(dǎo)致其孔狀結(jié)構(gòu)坍塌。通過(guò)水熱反應(yīng)還原氧化石墨烯得到石墨烯海綿。
石墨烯和碳管制備的海綿，碳管能分散在氧化石墨烯懸浮液中，并與氧化石墨烯一起被維他命C還原，變成CNTs/RGO懸浮液，懸浮液在超臨界CO2環(huán)境下干燥成為海綿。除還原法，石墨烯海綿還可以由小分子直接制備得到，如在220 ℃下用乙醇與溶劑熱反應(yīng)72 h來(lái)制備了具有3D結(jié)構(gòu)的石墨烯吸附劑。
海綿狀石墨烯具有疏松多孔的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使得其在超級(jí)電容器、儲(chǔ)氫材料、傳感器、吸附材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。如利用硫脲和氧化石墨反應(yīng)得到的石墨烯海綿對(duì)亞甲基藍(lán)和柴油的吸附量分別為184 mg/g和129 mg/g，且經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理多次利用而不會(huì)造成石墨烯海綿結(jié)構(gòu)的破壞和吸附能力的下降。另外對(duì)環(huán)境中放射元素鈾的吸附能力較強(qiáng)，吸附容量可達(dá)96 mg/g。
]]>石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的二維材料：它是有史以來(lái)最薄的材料，只有一個(gè)碳原子厚度；也是有史以來(lái)最強(qiáng)的材料，強(qiáng)度是一般結(jié)構(gòu)鋼的200倍。石墨烯的導(dǎo)電性優(yōu)于銅，熱傳導(dǎo)性優(yōu)于已知的所有材料。石墨烯幾乎是完全透明的，但結(jié)構(gòu)非常致密，即使是最小的氦原子都不能穿過(guò)它。而且它與人類細(xì)胞組織相容。
可以這么說(shuō)，Shah教授和她的團(tuán)隊(duì)所得到的這種油墨，是迄今為止石墨烯含量最高的一種3D打印材料（在Shah教授之前的紀(jì)錄大約是20％）。這意味著石墨烯獨(dú)特的電氣和機(jī)械性能將很快被投入應(yīng)用。更為重要的是，這種油墨除石墨烯之外的部分主要包括一種具有生物相容性的可降解聚酯（PLG）材料，科學(xué)家們稱，這使得該油墨能夠靈活和安全地用于醫(yī)療應(yīng)用。
這支研究團(tuán)隊(duì)在西北大學(xué)生物納米技術(shù)研究所的材料科學(xué)和工程助理教授Ramille Shah和她的博士后研究生Adam Jakus，捕獲到了某個(gè)了不起的東西?！叭藗冎霸?jīng)嘗試過(guò)3D打印石墨烯。但其中石墨烯的比例不到20％體積，實(shí)際上大部分都是高分子復(fù)合材料?！盨hah在美國(guó)西北大學(xué)的網(wǎng)站上解釋道。這意味著這些材料根本不具備石墨烯的屬性，而且在使用中脆而易碎。雖然你可能會(huì)認(rèn)為60-70％的石墨烯含量仍然沒(méi)有達(dá)到100%，但是實(shí)際上它已經(jīng)具備所有您所需要的屬性，而剩余的材料只是為了保證其柔韌性和穩(wěn)定性。
該3D打印石墨烯油墨的秘密是：石墨烯被嵌入到微觀薄片中。這使得油墨具有高粘度，而擠出過(guò)程會(huì)重新排列所有薄片，從而形成具備石墨烯所有特征的一根長(zhǎng)線。該石墨烯油墨的3D打印解析度可以達(dá)到100微米以下（打印速度40毫米/秒）。
“這是一種液體油墨。”Shah說(shuō)?！霸撚湍粩D出后，其中的一種溶劑會(huì)馬上蒸發(fā)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)幾乎瞬間固化。其它溶劑的存在，以及與特定聚合物粘合劑的相互作用對(duì)于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的柔性和其他性能作用非常大。因?yàn)樗鼡碛蟹€(wěn)固的形狀，所以我們才能夠打造更大的、更為清晰的對(duì)象?！盨hah關(guān)于這種油墨的最新論文《3D打印高含量石墨烯支架以用于電子與生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用（Three-dimensional printing of high-content graphene scaffolds for electronic and biomedical applications）》被《ACS Nano》雜志作為封面文章刊出。
更重要的是，可以通過(guò)改變石墨烯和聚合物的比例來(lái)調(diào)整該材料的彈性。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)配方該材料可以被拉長(zhǎng)81％，而且如果減少石墨烯的比例的話還能夠繼續(xù)拉長(zhǎng)（雖然這意味著要失去一些石墨烯屬性）。這意味著，該油墨具有廣泛的應(yīng)用范圍。
到目前為止，關(guān)于該3D打印石墨烯油墨的生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)相當(dāng)成功。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，她的團(tuán)隊(duì)往石墨烯打印的支架上注入了干細(xì)胞，最終的結(jié)果相當(dāng)出色。首先，細(xì)胞存活了下來(lái)，然后繼續(xù)分裂、增殖并轉(zhuǎn)化成類似神經(jīng)元的細(xì)胞?！耙牢覀儾](méi)有附加任何生長(zhǎng)因子或信號(hào)，而這是人們誘導(dǎo)分化類神經(jīng)元細(xì)胞常用的方式?！盨hah說(shuō)?！叭绻覀冎皇褂靡环N材料就能達(dá)到此種效果，而不需要其它更昂貴復(fù)雜的藥物，那毫無(wú)疑問(wèn)是一種進(jìn)步。”
研究人員也設(shè)想它們可以制成傳感器、植入物和其他結(jié)構(gòu)?！凹?xì)胞本身就具有導(dǎo)電性——尤其是神經(jīng)元。所以，如果它們?cè)谝粋€(gè)能夠幫助傳導(dǎo)電信號(hào)的基板上，就能夠在更寬的距離內(nèi)溝通。”Shah補(bǔ)充說(shuō)。
