石墨烯制備有了新思路 中山大學(xué)提出新方法
石墨烯是一種由碳原子組成的結(jié)構(gòu)呈單層六角型蜂巢晶格狀的二維碳納米材料，可以理解為石墨的單分子層。這種材料在力學(xué)特性、光學(xué)特性、熱性能方面均有突出的表現(xiàn)，因此被視為是納米電路的理想材料，在眾多領(lǐng)域受到了高度關(guān)注。
事實(shí)上，石墨烯在自然界中本就存在，只是其單層結(jié)構(gòu)很難剝離出來，這也是限制其發(fā)展的一個重要原因。時至今日科研學(xué)者還在研究可以低成本高效剝離石墨烯的手段。
目前，常用的石墨烯制備方法有氧化還原法、機(jī)械剝離法、氣相沉積法、超臨界剝離法等，其中氧化還原法屬于工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的主要方法。這種方法產(chǎn)能相對穩(wěn)定，且工藝較為成熟。但即便如此，仍存在諸多問題。一方面，由于經(jīng)過強(qiáng)氧化劑氧化得到的氧化石墨并不一定能被完全還原，因此氧化還原法制備的石墨烯可能會損失一部分性能，如透光性、導(dǎo)熱性，尤其是導(dǎo)電性；另一方面，這種方法需要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，并且由于過程中大量使用強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑，因此存在一定的廢液污染風(fēng)險。與之相比機(jī)械剝離法更安全環(huán)保，也更好控制，但是產(chǎn)率低無法滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。
而就在近日，中北大學(xué)孫友誼教授團(tuán)隊成功在石墨烯剝離技術(shù)上獲得突破，提出了新的石墨烯制備方法。團(tuán)隊利用膠體化學(xué)體積排斥作用，并結(jié)合二維片狀納米材料剝離新方法，實(shí)現(xiàn)了石墨烯高效宏量制備。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊使用氣泡輔助—液相機(jī)械剝離法，通過用在石墨層間原位產(chǎn)生氣泡來擴(kuò)大石墨層之間的間距，減少石墨片層之間的物理范德華力，并結(jié)合膠體化學(xué)體積排斥作用，促進(jìn)石墨在液相機(jī)械剪切作用力下即可實(shí)現(xiàn)高效剝離。
與傳統(tǒng)方法比，這種方法不但簡化了流程，同時可控性和批次穩(wěn)定性都更好，是一種兼顧了低成本、高產(chǎn)率、高品質(zhì)的綠色環(huán)保石墨烯宏亮制備方法，為未來石墨烯的制備提供了新的方案，同時也為制備其他二維納米片狀材料提供了新的技術(shù)思路。
目前該成果已“Ultrahigh concentration exfoliation and aqueous dispersion of few-layer graphene by excluded volume effect”為題在國際頂級綜合性學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》在線發(fā)表，感興趣的讀者可以查閱學(xué)習(xí)。
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