北京大學(xué)一課題組利用化學(xué)氣相沉積的方法，通過優(yōu)化生長條件，在玻璃表面成功實現(xiàn)石墨烯的直接生長，有望加速石墨烯材料與玻璃產(chǎn)業(yè)的融合，推動石墨烯玻璃大規(guī)模應(yīng)用。著名學(xué)術(shù)期刊《自然材料》近日對這項最新研究進行了報道。
玻璃是成本低廉、透光性好的傳統(tǒng)建筑材料之一，而石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的碳材料，是目前已知的最薄、最堅硬、室溫下導(dǎo)電性最好并擁有強大靈活性的納米材料。將石墨烯與玻璃結(jié)合生產(chǎn)出的新型復(fù)合材料石墨烯玻璃，將極大拓展玻璃應(yīng)用空間，引發(fā)玻璃產(chǎn)業(yè)從大批量低附加值應(yīng)用到節(jié)約型高附加值應(yīng)用的革命性轉(zhuǎn)變。
據(jù)悉，當(dāng)前石墨烯玻璃通常采用液相涂膜或轉(zhuǎn)移的方法獲得。這些方法獲得的石墨烯薄膜不可避免地存在表界面污染的問題，從而嚴(yán)重影響石墨烯玻璃的性能。同時，傳統(tǒng)制備方法因操作繁復(fù)、成本高、產(chǎn)率低等問題，也難以滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。發(fā)展一種在玻璃基底上直接生長石墨烯的新方法，是目前相關(guān)研究中的一個重要課題。
經(jīng)過長期研究，北大化學(xué)與分子工程學(xué)院劉忠范院士領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊通過對反應(yīng)氣體濃度、生長溫度和生長時間的精確調(diào)控，成功克服了玻璃表面催化裂解前驅(qū)體能力低、碳碎片在基底表面遷移能力弱等難題，在耐高溫玻璃和普通玻璃上成功實現(xiàn)了高品質(zhì)石墨烯薄膜的可控生長。
試驗證明，在石墨烯生長條件下，普通玻璃以熔融狀態(tài)存在，表面高度均一并且各向同性。課題組利用熔融態(tài)玻璃的這些性質(zhì)，實現(xiàn)了尺寸及分布均勻的石墨烯圓片的生長。利用直接生長方法獲得的石墨烯玻璃，具有玻璃與石墨烯的界面接觸良好、界面無污染等優(yōu)異特性。
據(jù)了解，由于石墨烯玻璃兼具玻璃的透光性，以及石墨烯的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和表面疏水性等優(yōu)點，未來可應(yīng)用于熱致變色窗口、防霧視窗以及光催化等方面。劉忠范院士表示，相信石墨烯玻璃在未來將有非常廣闊的應(yīng)用前景，對于玻璃產(chǎn)業(yè)和石墨烯材料而言都至關(guān)重要。
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