被喻為“工業(yè)界新寵”的石墨烯是近年來備受關(guān)注的熱點材料，一直沒有快捷而安全的工業(yè)制備方法。浙江大學(xué)高分子系的高超教授課題組找到一條適用于大規(guī)模制備的“綠色路線”，使單層石墨烯一小時成形，效率提高十倍以上。
石墨烯是由一層碳原子形成的薄片，由碳原子組成一個個六角形的環(huán)，環(huán)環(huán)相連形成蜂窩狀平面。這是目前世上最薄也是最堅硬的納米材料。一層石墨烯的薄度小于一個納米，肉眼看不見也摸不著，20萬片石墨烯加在一起，才有一根頭發(fā)絲那么粗。
高超介紹，目前制備石墨烯的方法主要有機械剝離法、氧化還原法等。機械玻璃法的局限性在于，所得產(chǎn)物為不同層數(shù)石墨烯的混合物，難以大規(guī)模制備單層石墨烯;氧化還原法普遍使用氯系和錳系的氧化劑，制備時間長達十余個小時，會產(chǎn)生有毒氣體和重金屬污染，氧化錳等中間體也容易發(fā)生爆炸。
課題組經(jīng)過多年探索，發(fā)現(xiàn)了一種新型、廉價、無毒的鐵系氧化劑，取代了沿用半個多世紀的氯系、錳系氧化劑。
“這種鐵氧化劑分子的‘奔跑’速度很快，能像楔子一般，快速穿插進入石墨內(nèi)部，讓石墨很快分層。這一過程中會產(chǎn)生氧氣，幫助‘頂’開層層石墨，讓制備速度加快。”高超說，這種方法沒有爆炸隱患，不會產(chǎn)生有害物質(zhì)，對環(huán)境友好。同時，這種方法做單層氧化石墨烯，在一個小時之內(nèi)就能完成，令石墨烯在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用成為可能。
相關(guān)論文1月21日發(fā)表在《自然》雜志子刊《自然通訊》雜志上。此前，該課題組已經(jīng)運用石墨烯為原材料制備出石墨烯纖維、石墨烯氣凝膠、石墨烯薄膜等多種形態(tài)的宏觀材料。這些高強、高韌、高電導(dǎo)的石墨烯材料有望廣泛運用于移動設(shè)備、航空航天、新能源電池等多個領(lǐng)域。
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