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单晶石墨烯薄膜生产速度提高150倍

时间: 2024-07-13 15:13:14 作者: 带锯机

  科技日报北京8月10日电 (记者王小龙)中国科学家在《自然·纳米技术》杂志上发表论文称,他们在单晶石墨烯制备上取得了一项突破。通过对化学气相沉积法(CVD)的调整和改进,他们将石墨烯薄膜生产的速度提高了150倍。新研究为石墨烯的大规模应用奠定了基础。

  石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体材料,在电、光、机械强度上的优异特性,使其在电子学、太阳能电池、传感器等领域有着众多潜在应用。虽然需求巨大,但其制备速度缓慢,利用率一直徘徊在25%左右,成为制约其进入实际应用的瓶颈之一。目前制备高质量石墨烯的方法,除胶带剥离法、碳化硅或金属表面外延生长法外,主要是化学气相沉积法。但通过CVD技术生产单晶石墨烯薄膜仍然需要耗费很长的时间,制备一块厘米见方的单晶石墨烯薄膜至少需要一天的时间,十分缓慢。

  在新的研究中,中国北京大学和香港理工大学的研究人员开发出一种新技术,能将这一过程从每秒0.4微米加速到每秒60微米,速度提升150倍。而其中的诀窍,就是在参与反应的铜箔上直接加入了少许氧气。

  研究人员表示,氧化物基板会在化学气相沉积过程中高达800摄氏度的高温中释放出氧气。氧气的连续供应提高了石墨烯的生长速率。他们通过电子能谱分析证实了这一点,但测量表明,氧气虽然被释放,然而总量很小。研究人员解释说,这可能与氧化物基板与铜箔之间非常狭小的空间产生了俘获效应,来提升了氧气的利用效率有关。在实验中,研究人员能在短短5秒的时间内生产出0.3毫米的单晶石墨烯。

  研究人员称,对石墨烯产业而言,该研究意义重大。通过该技术石墨烯的生产将能采用效率更高的卷对卷制程。而产量的增加和成本的下降,会促进扩大石墨烯的应用限制范围,刺激其需求量的增长。

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  大规模产业化值得期待 “石墨烯主要以石墨烯粉体及石墨烯薄膜两种形式存在。”中国非金属矿工业协会石墨专委会副秘书长刘荣华介绍说,石墨烯粉体通过天然石墨制备,应用于新材料领域和能源领域。新材料领域包括防腐涂料、散热材料、电学材料和功能增强材料等;能源领域包括超级电容器和锂离子电池。石墨烯薄膜通过甲烷制备,应用于电子领域、环境领域和医药领域等。

  “正因如此,美国石墨烯产业化和应用进展都比较快,已形成覆盖从制备及应用研究到石墨烯产品生产、下游应用全环节的石墨烯产业链。”《新材料产业》执行主编刘馨表示。 根据切萨布鲁夫技术生命周期理论,石墨烯产业仍处于技术成长期,且技术演化趋势正由石墨烯制备工艺向具体应用领域转变。“随着研究的深入,石墨烯应用领域将不断拓展,国内石墨烯产业若想寻求突破,还需大力提升科技和产业创新融合能力。

  中外技术研发步调不一 场景二:在展厅一进门中心位置,中国石墨烯产业创新特展向与会者展示着中国石墨烯产业高质量发展的最新成果,据说这是大会组委会的特别安排。 “然而,我国石墨烯研究与国外在步调上并不完全一致。总的印象是,国外在石墨烯产业化方面往往聚焦长远发展布局,通过汇聚足够的实力推进产业化进程;在石墨烯应用方面则有近、中、远期目标,重点关注。

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