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科学家找到应用石墨烯新方法商业化应用更加可行
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科学家找到应用石墨烯新方法商业化应用更加可行
2014-01-09 10:54
文/王小龙 科技信息报今日文教周刊2014年1月6日A2版
科技日报讯 据物理学家组织网近日报道,石墨烯是由碳原子组成的二维片状材料,因物理化学性质独特,已经在许多领域显示出了巨大的应用潜力。但其许多可以预见的应用都需要经过复杂且昂贵的处理才能实现,增加了走向应用的难度。日前,美国麻省理工学院和加州大学伯克利分校的科学家发现了一种简单、廉价的处理方法,有望帮助石墨烯发挥潜力,更快走向商用。相关论文发表在本周出版的《自然·化学》杂志上。
参与研究的麻省理工学院能源工程教授杰弗里·格罗斯曼说,他们对石墨烯一直很感兴趣,石墨烯氧化物和其他二维材料都有可能用于太阳能电池、热电和净水装置,而这只是其海量应用的冰山一角。但是在很多应用中,纯石墨烯并不是最完美的,它还缺乏一些电子设备所必需的关键属性,而这只能通过增加氧原子的方式来对其进行修改。但目前的方法存有氧原子在石墨烯表面分布情况不可预知、需经过复杂的化学过程以及要达到700摄氏度到900摄氏度高温等弊端。而新研究所找到的方法只需将材料暴露在50摄氏度到80摄氏度中即可,且无需额外的化学处理。
研究人员称,与目前其他的处理工艺相比,新方法较为温和,无需苛刻的化学处理,不会产生有毒害的副产品,相对而言是一种环境友好的处理工艺。更重要的是,该法更容易大规模应用,让商业化应用更加可行。
这种低温退火工艺能够改变石墨烯表面氧原子的分布,让氧原子有规律地聚集在一起,同时又会留有纯石墨烯空隙,不会改变石墨烯的原有结构,避免瑕疵。更难能可贵的是,这一切都是在保持适合的氧含量的前提下完成的。
与原来的处理方法相比,新法显著降低了材料的电阻,这有望大幅提高其在电路和传感器中的性能。之所以会产生这样的结果,是因为新方法中氧化过后的石墨烯不但保持了氧原子的聚集,也为导电性能超强的纯石墨烯留下了必要的空间。这些由纯石墨烯构成的“保留区”,还天然地具有量子点属性,它可以作为高效光源,在很多领域获得应用。
此外,该法还大大提高了材料对可见光的吸收能力。格罗斯曼说,相对于未经处理过的石墨烯氧化物,经过新方法处理过的石墨烯对可见光的吸收能力增强了38%。对包括太阳能电池在内的诸多应用,这一点非常关键。
格罗斯曼的小组正在研究将这种材料用于太阳能电池、热电装置、光热燃料和脱盐过滤器;由该校材料化学家安琪拉·贝尔彻领导的另一个小组正在研究这种材料在生物化学领域的应用,如可放置于血液中侦察某种疾病的传感器,或用于精确投放药物的靶向药物递送系统。
格罗斯曼说:“新方法为我们开辟了新的想象空间,各种应用让人非常兴奋。”
美国西北大学材料研究中心的马克·赫山姆说:“虽然对石墨烯的研究目前已经非常之多,但这项研究给人的印象仍然十分深刻,它表明了在认识和探索石墨烯的道路上,我们还有很多的工作要做。”
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