美開發出室溫下制備石墨烯新技術
2015年03月30日 9:20 3457次瀏覽 來源： 科技日報 分類： 新材料前沿
美國加州理工學院的科研人員開發出一種在室溫下制備石墨烯的全新技術，有望應用于太陽能電池、發光二極管、大型顯示屏和各種電子產品。這使得石墨烯的商業化進程又邁出了堅實的一步。
只有一個原子厚度的石墨烯擁有許多獨特的性能，其拉伸強度超過鋼的200倍，電遷移率比硅高2至3倍，因此在工程和科技領域有著極為廣泛的應用。不過，石墨烯要想達到工業應用，還有很大的難度。其制備以往需在1000攝氏度的高溫下進行，不僅會產生無法控制的較大形變，嚴重影響其固有的屬性，而且制備時間較長，且僅能生長出幾平方毫米的高流動性石墨烯。
新的制備方法可在室溫下數分鐘內產生高流動性和幾乎無形變的石墨烯，其樣本更是達到了幾平方厘米大小。研究人員表示，利用新方法還可以產生幾平方英寸大小的石墨烯，這為其今后的工業化應用鋪平了道路。
通常情況下，制備石墨烯大約需要10小時，9到10個不同的步驟。而新方法僅需一個步驟，大約5分鐘。研究人員是在加熱銅催化合成石墨烯的實驗中發現新方法的。他們認為，形成石墨烯的關鍵是不能存在氧化銅，因而利用上世紀60年代開發的氫等離子體系統（即利用氫氣電離產生氫等離子體）去除氧化銅。結果表明，該系統不僅如此，還可以產生石墨烯，而且產出的石墨烯質量更高，強度更大，且具有更高的電遷移率。
研究表明，新方法之所以可以生產出高質量的石墨烯，是由于氫等離子體與空氣分子相互作用產生的氰基基團，可有效去除銅表面的缺陷。此外，科研人員還發現，傳統的石墨烯生產是隨機沉積的，而新的石墨烯生長方法更有序，沉積后可形成無縫片材，利于保持其機械和電子性能的完整性。
由于新方法所制備的石墨烯質量較高，因此也拓展了其新的應用領域，如可用于防止材料降解，也可應用于太陽能電池和顯示屏的透明電極。另外，還可以主動形成缺陷石墨烯晶格結構，從而產生新的機械和電子屬性。
責任編輯：淮金
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