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石墨烯近况
发表时间:2013-04-01 阅读次数:2408次

        石墨烯,作为碳家族的新星,向我们展示了优异的光、电等诸多特性,具有替代ITO作为导电透明材料的潜力。通过化学氧化石墨粉并进行剥离,可以获得优异加工性能的石墨烯衍生物-氧化石墨烯,之后进行化学还原或者高温处理而脱氧可以获得化学还原的石墨烯材料。由于该方法简单,容易大批量制备石墨烯材料,因此成为石墨烯材料加工制备的一个重要方向。问题在于,该方法所获得的石墨烯片尺寸往往处于微米级别,因此,如何将石墨烯碎片拼接成宏观尺度下的石墨烯薄膜便成为科学家所面临的难题。

        中国科学技术大学的闫立峰教授及其博士生陈武峰提出了以泡泡膜为模板拼接制备石墨烯薄膜的方法,相关工作发表于Advanced Materials上。该小组提出的组装方法,以氧化石墨烯的泡泡膜为模板,在维持泡泡膜稳定条件下,脱水干燥获得厘米级别的氧化石墨烯薄膜。与目前常规的组装技术如LB膜法和抽滤法不同,该方法可以获得无基底负载的石墨烯薄膜材料,便于转移加工。通过调节成膜溶液的浓度,可以制备出厚度从14nm到数百纳米的薄膜材料;而改变支撑框架的结构,便能轻易控制薄膜的几何形状。以PET(聚对苯二甲酸类塑料)为转移载体,经过碘化氢还原处理的石墨烯薄膜具有71.2%透光率(550nm测试), 3.61kΩ/□方阻,可承受多次弯曲。而以石英为载体,高温处理后的石墨烯薄膜电阻可达0.92 kΩ/□,表明该薄膜具有作为透明导电材料应用的潜力。

        日常生活中,人们常说“泡泡总是要破的”。泡泡,其最简单的形式便是含一定量表面活性剂的水溶液液膜,由于表面活性剂的两亲性,降低了溶液相中水的表面张力,延长了泡泡稳定存在的寿命。然而在干燥过程中,伴随水分蒸发,相互聚集的表面活性剂分子将仅仅依靠线性分子间的引力来维持平衡,而亲水端由于带相同电荷而存在静电排斥,这些都增加了泡泡干燥获得稳定双分子层膜的难度。与之不同的是,当二维结构的石墨烯氧化物片层作为支撑结构时,由于片层面-面间巨大的范德华力作用,增加了泡泡膜脱水干燥过程的稳定性。因此,只要维持适当的溶液表面张力,便可以通过干燥泡泡膜的方法,快速获得石墨烯薄膜材料。

        值得一提的是,纳米技术是指至少在一个维度上纳米级(1-100nm)的材料、器械和其他结构的加工制造技术。该工作中,泡泡膜模板法可以将膜的厚度控制在数十纳米级别,因此也可以称为广义上的纳米技术。这项技术将为导电薄膜材料、分离膜材料、光学材料等领域的发展提供新思路。

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