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2017上半年国外石墨烯重大技术突破汇总:有哪些新变革?

入驻新材料在线®的媒体号材料科技在线团队9月7号给大家汇总了17年上半年国外石墨烯的新型应用总结。其姊妹篇,17年上半年国外石墨烯重大技术突破,在本文中给大家做一个汇总。看看各路专家是如果探索的以及对我们的启发!


1.超越石墨烯:还原型氧化石墨烯电子设备将成为可能


北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种技术:将带正电荷(p型)还原型氧化石墨烯(rGO)转化为带负电荷(n型)rGO的技术,并研制了一种分层材料,可用于开发rGO基晶体管,还可以应用于电子设备。


具体来说,他们展示了两项研究成果。第一,将rGO集成到蓝宝石和整个硅晶片上。第二,研究人员使用大功率激光脉冲定期地破坏晶片上的化学基团。这种破坏作用将电子从这一基团移动到另一基团,能够有效地将p型rGO转化为n型rGO。


最终我们可以获得表层为n型rGO层的晶片和其下方为p型rGO层的分层材料。而这是至关重要的,因为两种类型相互接触形成的p-n结决定着晶体管的有用性。



2. 研究人员“消除”石墨烯的皱纹

石墨烯被认为是继硅之后又一具有巨大发展潜力的材料,能使光电设备更快、更有效的运行。但是制造纯石墨烯是相当困难的。传统制造方法往往产生皱纹,它会破坏电子的高速运行,极大地限制了石墨烯的电子性能。


现在,麻省理工学院的工程师们已经找到了一种方法,可以让石墨烯减少皱纹,并消除出现的皱纹。金和他的团队从一个原子级光滑的碳化硅晶片表面制造出单晶石墨烯,石墨烯产生的皱纹只有几个纳米,然后他们用一层很薄的镍剥离碳化硅晶片顶端的石墨烯,在这一过程被称为layer-resolved石墨烯转移。


Kim说:“用石墨烯做一个可操控的电子管仍有很长的路要走,但是我们现在可以向大众展示如何制作单晶、单极石墨烯。



3. 开发用于安全批量生产的不可燃石墨烯膜

阿肯色大学的研究人员已经研发出一种简单且可量化的工艺,它能够将石墨烯氧化物转变为不可燃的、纸状石墨烯膜,并且可用于大规模生产。


石墨烯的极高易燃性已经成为限制其进一步发展和商业化的一大阻碍。然而,从燃料电池到太阳能电池再到超级电容器和传感器,这一新发现使得量产石墨烯和量产可用于提升大量产品性能的石墨烯膜成为了可能。


在过去10年间,由于石墨烯是目前强度最高,质量最轻以及导电性最好的材料之一,且它是仅一个原子厚的二维材料,因此科学家倍加关注石墨烯。



4.制备石墨烯纳米带的新方法

与常见的具有单原子层厚的碳的“二维”同素异形体片相比,石墨烯纳米带具有与之不同的诸多性质。李安平(An-Ping Li)和他的同事们在没有金属基底的情况下制备出了石墨烯纳米带,这在早期的工作中是不利于材料的导电性能的。该团队采用的方法是注入电荷载体,促进聚合物前体转化为石墨烯。


沿着聚合物前体链移动尖端,研究人员可以选择它们触发反应的位置,并一次转型成一个六边形石墨烯。下一步则是构建不同前体的异质结,这种异质结可能引导电能流动或促进太阳能转换。” 李安平还补充道: “这是为能源应用量身打造物理特性的一种方法,是直接描画的一个好例子,你可以在分子或原子层面指导转型过程。”



5.新的注射工艺使石墨烯纳米带边缘化

材料在电子应用中很难实现其全部潜力,促使窄条石墨烯生长的一种新方法有望克服这一缺点,新方法合成的窄条石墨烯是一种由单原子厚碳原子连接成的六边形的轻便和坚固的结构。


现在,ORNL和北卡罗来纳州立大学的科学家在Nature Communications的一篇论文中报道了首例没有金属底物生长石墨烯纳米带的文章。相反,它们注入能够促进化学反应的电荷载体,促进聚合物前体转化为石墨烯纳米棒。在选定的位置,这种新技术可以在具有不同电子特性的材料之间建立界面。这样的接口是从集成电路和晶体管到发光二极管和太阳能电池的半导体电子器件的基础。


李说:“这是为能源应用定制物理特性的一种方式,这是具有指导意义的例子,您可以在分子或原子级别指导转换过程。 此外,该过程可以扩大和自动化。



6.石墨烯纳米带边缘结构的“七十二变”

石墨烯纳米带与普通的单原子层碳同属碳的“二维”片材,但性能却大不相同。它会根据带缘结构的不同变换性能,这一点它们差别很大。李安平和他的同事们不借助金属基底制备出了石墨烯纳米带:通过注入载流子(电子或空穴),促进聚合物前体转化为石墨烯。


对石墨烯纳米带而言,材料的边缘结构非常重要,带缘结构的细微改变会引起材料性能较大的波动。如果带缘结构是六边形类似“椅子”的构象(与环己烷“船”型构象完全相反),材料将表现出半导体的性质,相反,如果带缘切除一个三角形,产生锯齿形的边缘,那么石墨烯纳米带将具有金属的性质。


李安平教授解释说:“我们发现了该现象的基本机制,即探明了电荷注入是如何降低反应屏障的,以此使化学反应更有利地进行。”这也意味着,我们已经拥有了在原子或分子水平上操纵反应的能力。



7.“通过”石墨烯排列的晶体

十年前开始,人们称单层碳原子层为石墨烯,其在可见光下的高度透明性使石墨烯成为应用于电子显示的理想材料。


材料在衬底顶部生长的过程称为外延生长。外延生长的GaAs和相关化合物在许多现代技术中处核心位置,包括用于节能固态照明的发光二极管、光通信用激光器以及用于移动电话和其他无线通信的高速电路。在使用外延生长GaAs的普通方法中,需要尽最大努力来确保衬底的表面没有被其他材料或GaAs氧化物的污染。在基质表面放置一层精心制备的石墨烯,利用石墨烯来削弱衬底对外延生长过程的引导能力。


除了将远程外延生长定位为晶体增长的新模式外,Kim和同事们的工作还可能会开创低成本柔性光电子原件的制造工艺。



8.可生产廉价半导体晶片的石墨烯“复印机”

今天在Nature报道的新方法中,利用单原子的薄片石墨作为一种“复印机”,可以从下面的半导体晶片将复杂的结晶图案传送到相同材料构成的顶层。Kim表示,采用这项技术,制造商现在可以使用石墨烯作为中间层,允许它们复制和粘贴晶片,将复制的膜与晶片分离,并重复利用晶圆。


自2004年石墨烯发现以来,研究人员一直在研究其卓越的电学性能,希望提高电子设备的性能和降低成本。具有超薄铁氟龙特性的石墨烯可以夹在晶片和半导体层之间,该材料一旦被印迹,就可以简单地从石墨烯表面剥离,从而允许制造商重新使用原来的晶片。


未来,研究人员计划设计一个可重复使用的“母晶片”,其区域由不同的外来材料制成。 以石墨烯为中介,希望能创造出多功能、高性能的设备。



9.石墨烯与干细胞分化

研究人员一直以来都在使用易于获得且无争议的间充质干细胞(因为它们可以形成骨骼、软骨和脂肪细胞,也称为骨髓基质干细胞。),并用化学过程来将它们转化或分化为Schwann细胞。


目前,爱荷华州立大学的研究人员正在探索一种更好的方法,以使间充质干细胞转化为类Schwann细胞。结果表明,间充质干细胞在已处理的电路凸起、粗糙处以及三维(3D)纳米结构上均形成粘附并且生长良好。若每天加10分钟100mV的微量电流,15天后,这些干细胞便分化成Schwann细胞。


文章报道了利用电刺激将干细胞分化为Schwann细胞的几个优点,其中包括:避免了化学加工过程的繁琐步骤;通过减少昂贵的神经增长因子来降低成本;通过精确的电刺激潜在增强对干细胞分化的控制;创建一个低维护成本的神经损伤修复人造框架。



10.二维铁磁性氧化石墨烯,开创了一个全新的科研领域

Lawrence Berkeley国家实验室的研究人员已经成功证明了二维(2D)层状晶体可以通过范德华力聚集在一起,这些二维结构晶体包括石墨烯和硫化钼,他们可以展现材料本身的铁磁性。这项发现对于实际应用有着深刻的影响,包括磁传感器和正在发展的电子信息编码技术。


一般情况下,电子设备和光学设备会逐步转向2D材料,因为这种材料更适合微型设备。此外,二维材料的性质可以很容易地控制和调整,因此特别适合于传感器和调制器。由于二维材料通常是透明的,光吸收有限,因此,在光学应用方面有很大意义。在进一步研究中,Zhang和他的同事们打算将重点放在两个方向:基础物理和实际应用。



11.石墨烯夹杂在超导体之间的奇异变化

麻省理工学院的物理学家发现:当石墨烯薄片与两种超导材料紧密接触时,它便可以继承一些材料的超导特性。


通过不断地研究发现,科学家们构想的这一石墨烯平台不仅能够被用于探索外来粒子,例如被认为在Andreev状态下出现的马约拉纳费米子。也同样可以成为构建强大的、拥有防错技术的量子计算机的关键粒子。


Bretheau说:“有很多关于如何使用马约拉纳费米子粒子来构建强大的量子计算机的建议,上述粒子可能是制造拓扑量子计算机的基本砖块,它能够很好的防止错误的出现,我们的工作正是朝着这个方向迈出的坚实一步。”



12.乙烯经过一步步的高温工艺可生产出为石墨烯!

一个国际科学家团队开发了一种从简单体中生产单层石墨烯的新方法:这种简单体是只含有两个碳原子的最小烯烃分子——乙烯。


研究人员通过将乙烯分阶段加热至比以前实验的温度更高(即略高于700摄氏度的温度),并在铑作为催化剂条件下生产出了单纯石墨烯层。这种采用逐步加热达到更高温度的生产方法,克服了早期从碳氢化合物前体直接生产石墨烯的方法中所遇到的挑战。


得到的石墨烯结构吸附在催化剂上。附于金属上可能是有用的,但如果附在其他物质上,就必须研究除去催化剂的方法。Landman补充道:“这是石墨烯的新途径,可能的技术应用还有待探索。”



13.氮掺杂石墨烯基无枝晶锂金属阳极

最近,Angewandte Chemie 国际版杂志报导了清华大学的研究人员提出的一种用于无枝晶锂金属阳极的氮掺杂石墨烯基体,这种石墨烯基体含有密集且均匀分布的亲锂官能团。


清华大学化学系教授张强说:“锂枝晶的生长阻碍了锂金属阳极的发展。清华大学本科生陈晓茹介绍道,“我们发现,具有良好亲锂性的亲锂材料可以促进金属锂形核。清华大学陈翔博士说:“通过我们的实验和DFT计算结果证实含氮官能团是亲锂点。曹强说:“在本文中,我们提出了一种基于亲锂点诱发形核的新策略,以解决严重枝晶化的难题。 用亲锂基控制锂电镀时的形核过程,给所有的锂金属电池的研究指出了新的方向,如:Li-S,Li-O2以及未来的 Li-ion电池。



14. 化学定制的石墨烯

二维结构的石墨烯是由单层碳原子组成的,具有非常优异的各项性能。它不仅具有透明材料极好地导电和导热能力,同时还兼具一定的柔韧性和优异的力学性能。


通过将化学键合的原子和分子插入到石墨烯结构(所谓的官能团)中,就可以使导电性在金属和半导体之间连续变化。不过,只有能够很好的控制石墨烯的合成过程,例如控制好由官能团引起的石墨烯的导电性、尺寸和缺陷的变化,才能够在半导体工业中成功地使用石墨烯。


最后科学家通过光散射的方法,再利用化学分步改性石墨烯的特定指纹,最终确定出了它的振动光谱。这也在理论上证明了这种光谱特征,即能够以快速和精确的方式来确定功能组的类型和数量。



15.MIT研究员:强韧性石墨烯复合材料

在保证轻质材料的高强度和韧性方面,石墨烯是可以胜任的。然而,在最需要这些性能的应用领域,如航空航天、自动化、基础设施和运输,使用石墨烯的成本仍太高且不切实际。


现在,由Markus Buehler领导的麻省理工学院的研究人员通过实验和模拟来设计一种基于石墨烯氧化物的复合材料,针对石墨烯氧化物的强度和韧性进行了优化,并展示了湿度如何提高这些性能。通过将不同浓度的水引入到模型中,研究人员可以确定湿度对GO层之间的氢键相互作用和层间距的影响。


Rodney Ruoff说:“该作者汇报与其他珍珠母模拟物相比实现了更高的机械强度和韧性,而且他们的模型点还有待改进。如果能够在未来得到由湿度控制的自折叠结构,那将非常具有建设意义。”




16.气体产生激光诱导石墨烯的超级特性

莱斯大学科学家发明了可以用于超级电容器等应用的激光诱导石墨烯(LIG),并且现在已经找出了一种使海绵状石墨烯超疏水或超亲水的方法。Tour说:“在此之前,实验室也可以使石墨烯疏水或亲水,但它涉及湿化学或化学气相沉积工艺的多个步骤,目前,我们在一个自制的气氛室里用相对便宜的材料一步一步地做到这一点。


他们还发现当他们从亲水性聚合物片上刮掉石墨烯并将其转化成膜时,结果是疏水的。Tour说:“这导致我们相信LIG的薄片的表面取向与它与水的反应有很大关系,如果边缘更加暴露,它似乎是亲水性的;如果基面更暴露,相反,它们表现为疏水性。”



17.用石墨烯创建量子位

在生产量子计算机的竞争中,许多项目正在寻求一种制造稳定量子位的方法,这意味着它们不会受到环境变化的影响。这通常需要能够在非常低的温度下运行的高度非线性非耗散元件。


为了实现这个目标,EPFL光子和量子测量实验室LPQM(STI / SB)的研究人员研发了一种基于石墨烯的非线性的量子电容器,这种电容器属于二维(2D)材料且可与超导电路的低温条件兼容。


EPFL的LPQM,是不那么庞大且不太容易受到外界干扰的地方,在这了他们已经找到了制造这种电容器的简单方法。它由夹在两个石墨烯片之间的绝缘氮化硼组成。该设备可以显著改善量子信息的处理方式,同时也有其他潜在的应用。它可以用于创建非线性的太赫兹高频电路,或者用于混合器、放大器和光子之间的超强耦合。


18.可用于直流肼类燃料电池的超气层石墨烯纳米凸起

肼类燃料电池技术在清洁能源领域具有巨大的前景,不仅因为其能量密度比氢气更高,而且由于它的液体状态使其处理起来更安全。


另外,很少人会注意到对气体的控制,因为气体容易粘在电极的表面上,从而导致电极总效率低下。在这项研究中,我们利用了垂直石墨烯的纳米凸起形态,通过提供充当超疏油电极的纳米粗糙表面,有效地解决了气泡在电极表面上积累的问题。采用可伸缩的等离子增强化学气相沉积法,对垂直石墨烯纳米山丘的生长进行了优化。所得到的无金属石墨烯电极显示了最低的起始电位(-0.42V对饱和甘汞电极)以及之前报道过的用于肼氧化的所有碳基材料的最高电流密度。



19. 超疏气的石墨烯纳米山丘直接肼燃料电池

在清洁能源领域中,肼类燃料电池技术具有很大的应用前景.。然而,目前的这类电池主要是使用贵金属(如铂)来进行肼氧化,使得制备成本升高,这也阻碍了肼燃料电池技术的进一步应用。另外,在制备过程中,气体容易粘附在电极的表面上,导致电极总效率低下。


在这项研究中,我们利用了垂直石墨烯的纳米山形态,以此来提供纳米级粗糙的超疏气电极表面,有效地解决了气泡在电极表面上积累的问题。通过化学气相沉积法等离子体增强技术,实现和优化了垂直石墨烯纳米山丘的生长。所得到的无金属石墨烯电极显示出最低的起始电位(-0.42V vs饱和甘汞电极),而且与先前报道的肼氧化碳基材料相比,也具有最高的电流密度。



20.激光雕刻的石墨烯像素可在极端环境中工作

随着我们对核聚变研究的不断深入,人们对能够在高能源环境中运行的技术的需求变得越来越迫切。现在,英国和西班牙的研究人员发现了一种可以让我们在核反应堆内拍照的材料。


以石墨烯材料为基础,Saverio Russo和他在英国埃克塞特大学的团队使用激光来雕刻较低载体浓度的区域。激光去除一些FeCl3分子,并在高掺杂和激光处理区域的材料之间产生光激活连接。当光照射到这个结点上时,就可以在整个材料上检测到电流,就像摄像头传感器中的像素一样。


研究人员面临的下一个挑战是在于生产更大的这种令人振奋的材料。然后,他们可以模拟广泛的光活性连接阵列,创建出适合现代研究的成像设备,并带领我们直面极端环境。



21.石墨烯双层主体激子超流相

在双层石墨烯异质结构中,纽约哥伦比亚大学的研究人员观察到量子霍尔体系中的激发子的Bose-Einstein凝聚物。 在高温和零磁场下,这种系统被认为是承载超导状态的激子类似物,因此可用于研究固相中强相互作用的玻色子粒子。冷凝物也可用于制造Josephson junctions,,这是量子计算机的基础。


迄今为止,在电子 - 空穴QWs中产生激子缩合物(ECs)是很困难的,因为制造高质量材料并不容易,其中任何匹配的电子 - 空穴掺杂层的强烈相互作用,都可能是电隔离的材料。在施加的强磁场中,通过相同掺杂(电子 - 电子或空穴)耦合QWs可以克服这个挑战。这被称为量子霍尔效应体系。



22. 石墨烯拓宽了我们在微小的事物上的视野

石墨烯具有良好的导电性,这意味着电子很容易穿过石墨烯层。这样,低能量的电子将与石墨烯层产生很小的相互作用,从而使病毒样品在图像中更加突出。与传统的碳膜相比,石墨烯膜的厚度也为图像提供了一个更明亮的背景,从而使研究材料与背景有了更好的对比。


然而,石墨烯薄膜并不容易处理。很显然,首先它需要一尘不染,没有任何污染物的环境,这也促使OIST科学家们开发出了一种十分细致地清洁石墨烯薄膜的技术。这种非常可靠的比较不同生物材料显微镜图像的能力------需要样品之间具有非常高的一致性。为了达到这个条件,研究人员现在开发出一种强大的方法:通过在无菌真空环境中将它们喷洒到石墨烯膜上来制备病毒。



23.新型化学方法将革新石墨烯的发展

伊利诺伊大学芝加哥分校的科学家已经发现了一种新的化学方法,该方法不仅能使石墨烯保持住超高速电子器件的性能,而且还能使石墨烯在实际中得到广泛的应用。


副教授Vikas Berry兼化学工程部门负责人及其同事使用化学工艺,在不改变石墨烯中碳原子的性质和排列的前提下,就将纳米材料附着在石墨烯上。Vikas Berry的新方法不是将分子添加到石墨烯的单个碳原子中,而是将诸如铬或钼的金属原子添加到一个苯环的六个原子中。与以碳为中心的化学键不同,该键被离域化,这使得碳原子的排列保持不变和呈平面状,从而使得石墨烯保持其独特的导电性能。


Berry说,在石墨烯中加入纳米材料的新化学方法将扩大其应用的范围,从而彻底改变石墨烯技术的发展。



24 .石墨烯研究的福音:微波共振技术无损表征石墨烯性质

科学家已经开发了一种表征石墨烯性质的新方法,该方法在破坏石墨烯本身的情况下,就可以研究石墨烯和其他二维材料的电阻和量子电容。


科学家将石墨烯嵌入氮化硼中,将其放置在超导体上,并将其与微波谐振器耦合。石墨烯的电阻和量子电容都会影响谐振器的质量因子和谐振频率。通过比较具有和不具有封装的石墨烯的谐振器的微波特性,科学家们可以确定封装的石墨烯的电阻和量子电容。


在该方法开发过程中,封装在氮化硼里的石墨烯是原型材料。此外,其他二维材料也可以在不适用电接触法的情况下被表征;例如表征在太阳能电池和光学应用中的半导体二硫化钼。




25. 化学家巧妙运用3-D印刷技术制造石墨烯泡沫

莱斯大学和中国天津大学的纳米技术人员使用三维激光打印来制造厘米尺寸级别原子薄的石墨烯。


在最新研究中,Tour实验室的团队以及赖斯的朱璐和天津的Naiqin Zhao的实验室都采用了普通的3-D打印技术来制作石墨烯泡沫的指尖块。 该过程在室温下进行,不需要模具,原料为糖粉和镍粉。该方法产生的泡沫是低密度、3-D形式的石墨烯,且具有大孔,占其体积的99%以上。


我们的方法制备的3-D石墨烯泡沫显示了对需要快速成型和制造三维碳材料应用的展望,包括能量储存、阻尼和吸音。”联合主编作者Yilun Li,研究生Rice如是说。



26. 未来通信的领军者——石墨烯和太赫兹波

把tera赫兹波应用在电子设备上,未来的数据通信可以得到很大的提升。到目前为止,太赫兹(THz)频率还没有被最佳地应用到数据传输中,但是通过使用石墨烯,研究人员已经离电子工业可能的模式转变更近了一步。


查尔莫斯科技大学的高级研究员Andrei Vorobiev说:“石墨烯的一种特殊特性是:电子的移动速度比现在使用的大多数半导体要快得多。得益于此,我们可以获得高频率(100-1000倍于千兆赫)的频率,从而构成了tera赫兹波。然后,数据通信就有可能比现在快10倍,而且可以传输比目前更多的数据。”


与石墨烯相关的研究工作是为了突破新的领域,这将遇到许多困难的挑战,但是它依然令人如此兴奋的原因是:最终,我们的工作将彻底改变通信的未来。



27.闪光灯一闪,石墨烯变成微型水分控制机器人

吉林大学的研究人员创造出一个完全由水分控制的简单微型“机器人”。 这种“机器人”由闪光处理过的石墨烯氧化物制成,该团队制作出了一只四只脚爬行物,它的一根爪子会对空气湿度变化做出反应从而合拢。


通过之前的研究发现,强光照射是一个引起氧化石墨烯的还原的有效方法,所以吉林大学的团队选择了一个快捷、简单还便宜的光源:相机的闪光灯。这项研究的首席研究员张永来表示:“这些机器人很简单,可以通过改变环境湿度来灵活操控。这种设计非常重要,因为移动、捕获与释放是自动化系统最基本的功能。”



28. 里程碑式发现——石墨烯超晶格的一种新型量子振荡

曼彻斯特大学的一项新研究成果使得石墨烯和原子厚度材料科学技术的快速发展又向前迈进了一步。


众所周知,磁场中的运动电子一定会沿着称为回旋加速器轨道的弯曲轨迹做运动。而本次实验得到的电子的运动方式完全不同,与传统的电子行为形成鲜明对比。由于这些从直线轨迹到弯曲轨迹的变化以及在许多匹配条件下,研究人员发现了石墨烯超晶格电导率的振荡。


为这项工作中提供理论支持的国家石墨烯研究所所长Vladimir Falko教授评论说:“我们可以将Hofstadter蝴蝶谱的复杂分形结构理解为在由磁场产生的新金属序列中的简单Landau量子化。”



29. 用于测量石墨烯片之间剪切力的气泡技术

由于石墨烯片在很多应用中都有使用,因此更好地了解它们与其他材料之间的剪切力就显得更为重要。


传统上,这样的测量是通过粘合材料片材然后在相反的方向上拉出而进行的即测量其剪切力的方法。但是因为石墨烯片是单原子厚的,这种方法并不可行。在新方法中,一层石墨烯粘附在另一石墨烯层之前,在这一层上钻出小孔。然后通过气泵通入空气从下面产生压力,使顶部的薄片上升并将下面的薄片与它一起拉扯,形成一个气泡。然后,研究人员利用拉曼光谱测量气泡底部的拉伸量,以此作为测量两种材料之间剪切力的一种手段。


我们的结果不仅提供了可能的最薄结构的界面剪切响应的见解,而且还建立了一个实验方法来表征潜在的应用在多层系统中新兴的二维材料的基本层间剪切性能。




30. 经北京大学刘开辉教授与韩国基础科学研究所合作研究,合成大型单晶石墨烯成为可能

近日,由北京大学物理学院刘开辉教授与韩国基础科学研究所(IBS)多维碳材料研究中心Feng Ding教授和Rodney Ruoff教授领导的团队及其合作人员报道了大尺寸单层单晶石墨烯的合成方法。这一方法可以在石墨烯生产中实现跨越式发展:从几个小时内合成几厘米单晶石墨烯片材的技术推进到一种只需20分钟便可以合成出尺寸为 5×50㎠几乎完美(> 99.9%对齐)的单晶石墨烯的优化方法。


然后,通过另一种称为化学气相沉积(CVD)的技术,在铜箔表面上形成了数百万个平行的石墨烯岛。随着越来越多的碳原子沉积在箔上,石墨烯岛一直增长,直到它们聚结并形成覆盖整个可用表面的近乎完美的单晶石墨烯层。


Ding教授说:“许多科学家的梦想是将单晶石墨烯作为未来能取代硅的材料。现在我们正在探索哪种材料是用来生长石墨烯的最合适的材料,以及如何使用铜作为其他有趣的2D平面材料的基材。”




31.惊!化学家利用木材制成激光诱导的石墨烯

莱斯大学的体育标志是一个由激光诱导的石墨烯镶嵌于大松木板上。莱斯大学的科学家使用工业激光加热木材,并将其转化为高导电石墨烯。Ye说从木材中制造石墨烯打开了一个从非聚酰亚胺材料中合成激光诱导石墨烯的新途径。


与聚酰亚胺材料一样,该进程是使用标准工业激光在惰性气体或者氢气的保护下的室温和常压中进行。另外,改变激光的功率可以改变所诱导的石墨烯的化学成分和热稳定性。70%功率下,激光所诱导的石墨烯称为"P-LIG",P代表松树。在实验室将P-LIG转化为电极,将水分解为氢气、氧气与超级电容器来储存能量。



32.世界上最小的人造钻石?石墨烯功不可没

人们正在进行二维钻石制造。新的证据表明,这种超硬形式的碳可以在称为金刚石的薄膜中锻造。科学家们一直在为创造出与普通石墨烯相对的可以被称之为“钻石”的二维薄膜而努力着。研究发现,用几千倍地球大气压力去压缩一对石墨烯片时,晶体结构会发生变化,这意味着它已经从石墨变成了钻石。


科学家们利用一种叫做拉曼光谱的技术来监测碳晶体的结构,这种方法提供了钻石形成的间接证据。科学家的下一步任务是散射x射线或电子,从而确定它的结构。




33.莱斯大学开发一种环保催化剂:双面石墨烯电极


莱斯大学的化学家们发明了一种基于激光诱导石墨烯的催化剂,他可以将水分解成氢和氧。Tour团队表示:“如果把水分解成氢和氧,利用催化系统和风能或太阳能发电,那么所提供的氢气是完全可再生的,并且没有污染物的排放。”而且,燃料电池的效率通常是内燃机的两倍,从而可节省能源。


Rice于2014年介绍道:催化剂是多功能激光诱导石墨烯(LIG)的另一个用途。Tour团队说 LIG分解水的性能,增强了的可比性比许多现有系统更好。这样便可以从远距离的太阳能或风力发电厂中储存化学物质,而不会在运输过程中损耗能量。



34.石墨烯/氮化硼自旋极化:理论上升技术

荷兰格罗宁根大学教授Bart van Wees教授将其研究成果发表在《Nature Communications》杂志上,他论述了一种基于石墨烯的器件,在室温下可以高效地注入和检测电子自旋,关键技术是改变石墨烯/氮化硼之间电子自旋的方式。

开发自旋逻辑门或自旋晶体管,可应用于日常在室温下使用的实验设备中。专注于研究石墨烯的Vladimir Falko教授说:“在氮化硼中封装石墨烯,并将这两种材料的异质结构用于新器件,包括隧道晶体管,这将成为石墨烯未来研究的趋势而他们下一步的目标是将石墨烯和氮化硼结合在一起。




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