近日,美國(guó)萊斯大學(xué)研究人員在《自然》上報(bào)道,他們可以將從食物殘?jiān)狡嚺f輪胎的任何含碳固體轉(zhuǎn)化成石墨烯。如今,從高強(qiáng)度塑料到柔性電子產(chǎn)品,由石墨烯制成的材料使用范圍十分廣泛?,F(xiàn)有技術(shù)只能生產(chǎn)極少量的“完美”石墨烯,而在實(shí)驗(yàn)室里,這種新方法已經(jīng)可以每天生產(chǎn)出幾克近乎原始的石墨烯,研究人員現(xiàn)在正在擴(kuò)大其產(chǎn)能至每天數(shù)公斤。
石墨烯的碳原子薄片像六角細(xì)鐵絲網(wǎng)一樣排列,其強(qiáng)度比鋼高,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)于銅,可作為防止金屬生銹的不透水屏障。但是,自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái),高質(zhì)量石墨烯無(wú)論單層還是多層的工業(yè)規(guī)模制造和提純都價(jià)格不菲。對(duì)于制造發(fā)光二極管等小型器件來(lái)說(shuō),這不成問(wèn)題,但對(duì)于大批量應(yīng)用而言,則成本太高。而高產(chǎn)量的生產(chǎn)方法,如從大塊礦物石墨中剝離石墨烯,則會(huì)產(chǎn)生多達(dá)50層的石墨烯片,這對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)并不理想。
2014年,萊斯大學(xué)化學(xué)家James Tour和同事發(fā)現(xiàn),可以用激光擊破一種叫做炭黑的無(wú)定形碳,從而制造出一種只有幾層厚的純石墨烯。短暫的脈沖將碳加熱到3000開(kāi)爾文以上,使碳原子間的鍵斷裂。當(dāng)碳冷卻后,它會(huì)聚合成最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)——石墨烯。但這種方法制備的石墨烯仍然很少,并且要消耗大量能量。
兩年前,Tour的研究生Luong Xuan Duy注意到,其他研究者通過(guò)電擊一種材料,制造出了金屬納米顆粒,同時(shí)產(chǎn)生了同樣短暫的熱沖擊波。
“我想知道是否可以用它來(lái)加熱碳源并產(chǎn)生石墨烯。”Duy說(shuō)。
他在一個(gè)透明的玻璃瓶中放入一小塊炭黑,并用400伏特的電壓轟擊了約200毫秒。一開(kāi)始他得到了無(wú)用的東西,但稍作調(diào)整之后,他成功獲得了一個(gè)明亮的黃白色閃光,這表明瓶?jī)?nèi)的溫度達(dá)到3000開(kāi)爾文左右?;瘜W(xué)檢測(cè)表明,他制備出了石墨烯。
這是一種理想的能夠大批量使用的石墨烯。當(dāng)碳原子凝聚形成石墨烯時(shí),它們并未像在石墨中那樣有規(guī)律地堆積,而是成為一種渦輪態(tài)堆疊——石墨烯層以各種角度相互交錯(cuò)的石墨烯材料。當(dāng)在水或其他溶劑中時(shí),渦輪態(tài)堆疊的石墨烯的每一層都能與加入的任何復(fù)合材料相互作用。
來(lái)源于:中國(guó)科學(xué)院