快捷搜索:

您的位置:金莎娱乐 > 科学 > 刘忠范院士团队在玻璃表面实现石墨烯直接生长

刘忠范院士团队在玻璃表面实现石墨烯直接生长

发布时间:2019-08-17 19:42编辑:科学浏览(134)

    北京大学一课题组利用化学气相沉积的方法,通过优化生长条件,在玻璃表面成功实现石墨烯的直接生长,有望加速石墨烯材料与玻璃产业的融合,推动石墨烯玻璃大规模应用。著名学术期刊《自然材料》近日对这项最新研究进行了报道。

    北大科学家在玻璃表面成功实现石墨烯直接生长

    玻璃由于其良好的透光性和低廉的成本成为日常生活中必不可少的传统建筑材料之一。石墨烯是一种具有单原子层厚度的新型“明星材料”。将石墨烯与玻璃完美结合,生产出一种新型复合材料——石墨烯玻璃,既保持玻璃本身透光性好的优点,又将石墨烯超高导电性、导热性和表面疏水等优异特性赋予玻璃,有望极大地拓展玻璃的应用空间,引发玻璃产业从大批量低附加值的应用到节约型高附加值应用的革命性转变。

    刘忠范院士团队在玻璃表面实现石墨烯直接生长 这一新成果将“改变一个行当”,推动石墨烯玻璃大规模应用

    玻璃是成本低廉、透光性好的传统建筑材料之一,而石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的碳材料,是目前已知的最薄、最坚硬、室温下导电性最好并拥有强大灵活性的纳米材料。将石墨烯与玻璃结合生产出的新型复合材料石墨烯玻璃,将极大拓展玻璃应用空间,引发玻璃产业从大批量低附加值应用到节约型高附加值应用的革命性转变。

    新华社北京11月28日电北京大学一课题组利用化学气相沉积的方法,通过优化生长条件,在玻璃表面成功实现石墨烯的直接生长,有望加速石墨烯材料与玻璃产业的融合,推动石墨烯玻璃大规模应用。著名学术期刊《自然材料》近日对这项最新研究进行了报道。

    当前石墨烯玻璃通常采用液相涂膜或转移的方法来获得。这些方法获得的石墨烯薄膜不可避免地存在表界面污染的问题,从而严重影响石墨烯玻璃的性能。同时,传统制备方法存在操作繁复、成本高、产率低等问题,因而难以满足大规模应用的需求。因此,发展一种在玻璃基底上直接生长石墨烯的新方法,是目前相关研究中的一个重要课题。

    本报讯石墨烯是一种由单层碳原子构成的正六边形“蜂窝状”薄膜,在光、电、热、力等方面具有优异性能。而20万片石墨烯加在一起,才相当于人类的一根头发丝粗细。日前,北京大学刘忠范院士领导的团队经过3年多的努力,在玻璃表面成功实现了石墨烯的直接生长。此成果有望加速石墨烯材料与玻璃产业的融合,推动石墨烯玻璃大规模应用。《自然—材料》杂志近日对这项研究进行了报道。

    据悉,当前石墨烯玻璃通常采用液相涂膜或转移的方法获得。这些方法获得的石墨烯薄膜不可避免地存在表界面污染的问题,从而严重影响石墨烯玻璃的性能。同时,传统制备方法因操作繁复、成本高、产率低等问题,也难以满足大规模应用的需求。发展一种在玻璃基底上直接生长石墨烯的新方法,是目前相关研究中的一个重要课题。

    玻璃是成本低廉、透光性好的传统建筑材料之一,而石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的碳材料,是目前已知的最薄、最坚硬、室温下导电性最好并拥有强大灵活性的纳米材料。将石墨烯与玻璃结合生产出的新型复合材料石墨烯玻璃,将极大拓展玻璃应用空间,引发玻璃产业从大批量低附加值应用到节约型高附加值应用的革命性转变。

    北京大学刘忠范院士领导的研究团队利用化学气相沉积的方法,通过优化生长条件,在玻璃表面成功地实现了石墨烯的直接生长。通过对反应气体浓度、生长温度和生长时间的精确调控,刘忠范科研团队成功克服了玻璃表面催化裂解前驱体能力低,碳碎片在基底表面迁移能力弱等难题,在耐高温玻璃(Nano Lett.2015, 15, 5846−5854)和普通玻璃(Adv. Mater. 2015, DOI: 10.1002/adma.201504229;Nano Research 2015, 8, 3496-3504)上成功实现了高品质石墨烯薄膜的可控生长。在石墨烯生长条件下,普通玻璃以熔融状态存在,表面高度均一并且各向同性,利用熔融态玻璃的这些性质,课题组生长出尺寸和分布都很均匀的石墨烯圆片。利用直接生长方法获得的石墨烯玻璃,具有玻璃与石墨烯的界面接触良好、界面无污染等优异特性。

    刘忠范团队将甲烷通入1000度的高温管式炉中,在高温下分解成碳原子后直接在玻璃上生长石墨烯。现在他们能在任意玻璃上长出石墨烯,而且在保证质量的情况下,生长时间从一小时缩短到十分钟。

    经过长期研究,北大化学与分子工程学院刘忠范院士领导的研究团队通过对反应气体浓度、生长温度和生长时间的精确调控,成功克服了玻璃表面催化裂解前驱体能力低、碳碎片在基底表面迁移能力弱等难题,在耐高温玻璃和普通玻璃上成功实现了高品质石墨烯薄膜的可控生长。

    据悉,当前石墨烯玻璃通常采用液相涂膜或转移的方法获得。这些方法获得的石墨烯薄膜不可避免地存在表界面污染的问题,从而严重影响石墨烯玻璃的性能。同时,传统制备方法因操作繁复、成本高、产率低等问题,也难以满足大规模应用的需求。发展一种在玻璃基底上直接生长石墨烯的新方法,是目前相关研究中的一个重要课题。

    图片 1

    刘忠范告诉《中国科学报》记者,他们团队从2008年开始从事石墨烯的研究,最近不断有新成果发出来。他们攻关了3个难点,分别是:在没有催化剂的情况下如何在玻璃上直接长出石墨烯;如何让石墨烯快速生长以提高产率;在不同的软化温度下都能完成石墨烯生长,从而实现任意玻璃表面都能长出石墨烯。

    试验证明,在石墨烯生长条件下,普通玻璃以熔融状态存在,表面高度均一并且各向同性。课题组利用熔融态玻璃的这些性质,实现了尺寸及分布均匀的石墨烯圆片的生长。利用直接生长方法获得的石墨烯玻璃,具有玻璃与石墨烯的界面接触良好、界面无污染等优异特性。

    经过长期研究,北大化学与分子工程学院刘忠范院士领导的研究团队通过对反应气体浓度、生长温度和生长时间的精确调控,成功克服了玻璃表面催化裂解前驱体能力低、碳碎片在基底表面迁移能力弱等难题,在耐高温玻璃和普通玻璃上成功实现了高品质石墨烯薄膜的可控生长。

    Nano Lett. 2015, 15, 5846-5854

    最终他们实现了石墨烯在玻璃融化状态下的生长。研究中,他们还获得很多技术上的诀窍,如石墨烯在铜箔上可以很好生长,借助铜箔的催化作用可以让石墨烯在玻璃上更好地生长。

    据了解,由于石墨烯玻璃兼具玻璃的透光性,以及石墨烯的导电、导热和表面疏水性等优点,未来可应用于热致变色窗口、防雾视窗以及光催化等方面。刘忠范院士表示,相信石墨烯玻璃在未来将有非常广阔的应用前景,对于玻璃产业和石墨烯材料而言都至关重要。

    试验证明,在石墨烯生长条件下,普通玻璃以熔融状态存在,表面高度均一并且各向同性。课题组利用熔融态玻璃的这些性质,实现了尺寸及分布均匀的石墨烯圆片的生长。利用直接生长方法获得的石墨烯玻璃,具有玻璃与石墨烯的界面接触良好、界面无污染等优异特性。

    熔融态玻璃表面生长石墨烯的工作,被2015年10月出版的Nature Materials以研究亮点的形式进行了报道和关注(Nature Materials 2015, 14,1186):“这项工作利用了熔融态玻璃表面各向同性的特点,实现了石墨烯均匀成核”“石墨烯玻璃可以应用于智能加热器件”“整个生长过程与玻璃生产过程相类似,熔融态玻璃铺展在液态锡表面,从而获得光滑平整的玻璃”。

    石墨烯在玻璃表面的直接生长,打破了之前石墨烯玻璃须用液相涂膜或转移法获得的瓶颈。刘忠范说,在玻璃上直接长出石墨烯“改变了一个行当”,期待其是一个杀手锏级的应用,有着非他不可的用途,如汽车的后玻璃用石墨烯代替电线、波音787的智能舱、手机的触摸屏以及细胞的培养皿等。

    据了解,由于石墨烯玻璃兼具玻璃的透光性,以及石墨烯的导电、导热和表面疏水性等优点,未来可应用于热致变色窗口、防雾视窗以及光催化等方面。刘忠范院士表示,相信石墨烯玻璃在未来将有非常广阔的应用前景,对于玻璃产业和石墨烯材料而言都至关重要。

    由于石墨烯玻璃兼具玻璃的透光性,以及石墨烯的导电、导热和表面疏水性等优点,研究人员将其应用于热致变色窗口、防雾视窗以及光催化等方面。研究发现,一方面由于石墨烯本身的电阻适中,通电时产生的热量足以使热致变色涂层的颜色发生改变,因此可以做为一种合适的窗口材料。另一方面,通电时石墨烯产生的热量还可以用来去除材料表面的水雾,不通电的情况下,利用石墨烯本身的疏水特性也可以自发抑制水雾形成。因此,石墨烯玻璃防雾视窗同时具备了主动和被动防/除雾的能力。此外,在玻璃表面直接生长的石墨烯均匀性良好,可以做为一种循环使用的光催化的理想基板。通过化学方法将光催化剂负载到石墨烯玻璃表面,可以有效地提升催化效率。

    经过长期研究,通过对反应气体浓度、生长温度和生长时间的精确调控,刘忠范领导的团队成功克服了玻璃表面催化裂解前驱体能力低、碳碎片在基底表面迁移能力弱等一系列技术难题,在耐高温玻璃和普通玻璃上成功实现了高品质石墨烯薄膜的可控生长。

    刘忠范相信,石墨烯玻璃在未来必将有非常广阔的应用前景,对于玻璃产业和石墨烯材料而言都是至关重要的。

    据了解,由于石墨烯玻璃兼具玻璃的透光性以及石墨烯的导电、导热和表面疏水性等优点,未来可应用于热致变色窗口、防雾视窗以及光催化等方面。刘忠范表示,相信石墨烯玻璃在未来将有非常广阔的应用前景,对于玻璃产业和石墨烯材料而言都至关重要。

    该研究成果被X-MOL、烯碳咨讯等多家行业咨讯媒体分别以“石墨烯玻璃:传统玻璃与石墨烯的完美结合”及“刘忠范院士团队实现石墨烯在玻璃表面的直接生长为题”进行了专题报道。

    对于这一新进展,石墨烯专家、中科院金属研究所成会明院士在接受《中国科学报》记者采访时表示:“在玻璃上直接化学气相沉积生长石墨烯是石墨烯生长领域一个非常重要的进展。在玻璃上直接生长石墨烯后可以直接利用,省略了转移工艺,可以节省成本。而传统的在金属薄膜上生长石墨烯的制备方法则需要去除金属、将石墨烯转移到玻璃等其他基体上再加以利用等工艺步骤,因而具有成本较高、工艺复杂等问题。此成果与中科院上海微系统与信息技术研究所谢晓明团队最近做出来的1.5英寸石墨烯单晶堪称今年我国高质量石墨烯制备方面最重要的工作。”

    该项研究得到了科技部(2013CB932603,2012CB933404,2011CB921903,2013CB934600)、国家自然科学基金(51432002,51290272,51121091,51222201,11222434)、教育部(20120001130010)和北京市科学技术委员会(Z151100003315013)等项目的资助。

    《中国科学报》 (2015-12-09 第4版 综合)

    本文由金莎娱乐发布于科学,转载请注明出处:刘忠范院士团队在玻璃表面实现石墨烯直接生长

    关键词: