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国外石墨烯动态(11.26-12.4):三星电池采用石墨烯球状颗粒实现更快充电/石墨烯的热振能发电/自旋存储时代利器出现
1.碳管网络制备新方法出炉,不损原本优异性能

一直以来纳米材料的特性都很难转化为功能性的工业应用,对纳米碳管来说要么不能与其他材料充分结合,要么结合后失去优异性能。最近基尔大学功能纳米材料工作组和特伦托大学的科学家们找到一种方法,可以将细管与其他材料结合起来,并且保持其特性。


他们没有采用通常的化学连接法,而是通过一个简单的湿化学渗透过程,将碳管水溶液滴入氧化锌多孔陶瓷。低落的线状碳管附在陶瓷支架上,形成一个稳定层(毛毡层),再利用化学蚀刻工艺溶解陶瓷支架,就可得到结构完整的碳管网络。如果向里充聚合物,可得到导电性很好的宏观碳管材料,这种抗撕裂导电性好的材料将来对灵活的电子应用、功能性服装或医疗技术领域可能意义重大。

2.石墨烯将成为清洁、无限的能源?也许真能做到

美国阿肯色大学的研究者发现了一种方法能让石墨烯成为清洁的、可能取之不尽的能源。科学家们利用石墨烯片层中碳原子的随机波动,得到了强到足以为一只手表无限供电的交流电。


研究者们用扫描隧道显微镜研究石墨烯的固有运动时发现,石墨烯会响应四周环境温度产生纵向振动,使截面上链接的碳原子随之涨落。这种运动可以被应用到电源上,在两个金属电池之间放上石墨烯,在热运动作用下,原子群上升时,石墨烯会弯曲碰到高电极,产生正电荷,当下降时会碰到低电极,如此反复产生交流电。这个过程中每个波纹会产生10平方纳米的弯曲区域,和电极接触时会产生10皮瓦电力,而且随着石墨烯宽度增加,产生的电能会以指数形式增加。


3.石墨烯金属镜片技能完爆传统光学镜片,光学仪器又添新帮手

韩国基础科学研究所、韩国高等科学技术学院和伯明翰大学的研究人员合作,用石墨烯和金研发出了超薄超平整且具有可调功能的平板镜片,可用作高级应用(激光器、动态全息)的光学元件。


它是用一个大约微米大小的U形孔的金片制成的,上面覆盖着石墨烯。金属镜片上有特殊图案的微小孔,可聚焦入射光束起到凸透镜的作用,而且可以改变光的偏振,将圆极化波的左圆改成右圆,研究人员获得了35%的转化率。为了控制更多性能,他们加入了石墨烯,利用它们调整输出光束的强度或振幅,得到了类似相机曝光的功能,只需要对石墨烯片施加电张力就可做到。


传统的光学镜片厚度为几厘米到几毫米,而这种金属镜片只有几十微米厚,并且聚焦的光强可以有效调节,可在超小型光学仪器中得到有效应用。
4.自旋存储时代利器——非易失性晶体管磁电装置,进展持续突破中

石墨烯是一种高磁导率的二维碳片,同磁电材料氧化铬协同作用具备“神奇”功能,近期来自美国内布拉斯加-林肯大学的研究小组正在研发一种低功率运行,具备优异开关电流比等特性的非易失性晶体管磁电装置,它的成功研发可能为我们带来新型自旋储存器。


自旋储存目前亟待解决的问题是找到一种只需用电场既可控制电子自旋的关键材料。在研究中林肯大学的研究团队发现,与氧化铬结合的微量石墨烯的磁性能能被外部电压控制,磁矩的方向可通过施加电场操纵反转。尽管电荷转移相对微弱,但在石墨烯费米能级附近引起的自旋极化的确非常显著。这项成果可使材料获得极大电控自旋电流成为不远的未来。

5.首次观察到石墨烯异质结构的热流方式——奇快,一反常态

ICFO的科学家领导来自欧洲石墨烯领域的一流科学家最近成功地实时观察和跟踪到范德瓦尔斯堆中的热传输方式,这种纳米级别的热流对现代电子以及光电子应用起着至关重要的作用。


研究中所用的范德华堆由石墨烯和电介质二维材料六方氮化硼组成,他们发现传热方式为平面外传热,热量不会留在石墨烯内,而是以皮秒级的超快速度流向周围的氮化硼片材,因此它比面内传热机制更具优势。这次热流过程的发现可为光电子器件的设计提供指导方向。

6.电池充电速度又缩短了?——这都得益于三星最新研究的石墨烯球状颗粒

三星先进技术研究所(SAIT)的科学家们正在报告一项技术突破,这项技术表明可以大大提高锂离子电池的容量,并且使电池充电速度提升五倍。


这项先进技术的核心是石墨烯,石墨烯的导电能力比铜强100倍,电子运动速度比硅快140倍所以更适合快速充电。研究院的科学家与首尔国际大学的研究团队合作,将石墨烯与二氧化硅混合,通过化学气相沉积的工艺制造出类似爆米花的石墨烯球状颗粒。并将这些颗粒均匀涂在富镍阴极上组成电解池,该涂层不仅遏制了副反应,还为电子传导提供新途径。


在测试阶段,他们发现一个完整的锂离子电池掺入石墨烯球状颗粒后,充电时间会从原来的一个小时以上缩短到现在的12分钟,容量提升45%,并可保证在60摄氏度下正常稳定工作。
7.氧化铪作为介电材料使石墨烯带整合到纳米晶体管中,使其成为未来纳米电子学的候选者

Empa的研究人员与美因茨马克斯普朗克聚合物研究所和加州大学伯克利分校合作,成功制备出9个原子宽的扶手椅型石墨烯纳米带,并用氧化铪做介电材料,成功地将石墨烯整合到纳米晶体管中。


石墨烯纳米带具有石墨烯所不具有的带隙,有开关功能,因此它可能成为纳米晶体管的关键组件。石墨烯纳米带的间隙受两因素影响,带宽和边缘结构。为此研究人员制出9个原子宽(1纳米左右)的扶手椅型石墨烯纳米带,并将其整合到纳米晶体管中,开始他们采用的是氧化硅介电层,在测试开关性能时发现,需要制到50纳米厚才能满足性能要求,考虑到这个厚度会影响电子行为他们改用氧化铪为介电材料,成功地达到了所需要求,厚度也只有1.5纳米厚。此项发现有希望成为未来纳米电子学的候选者。


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