北京大學一課題組利用化學氣相沉積的方法，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)模應用。著名學術期刊《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成的單層片狀結構的碳材料，是目前已知的最薄、最堅硬、室溫下導電性最好并擁有強大靈活性的納米材料。將石墨烯與玻璃結合生產(chǎn)出的新型復合材料石墨烯玻璃，將極大拓展玻璃應用空間，引發(fā)玻璃產(chǎn)業(yè)從大批量低附加值應用到節(jié)約型高附加值應用的革命性轉變。
據(jù)悉，當前石墨烯玻璃通常采用液相涂膜或轉移的方法獲得。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、成本高、產(chǎn)率低等問題，也難以滿足大規(guī)模應用的需求。發(fā)展一種在玻璃基底上直接生長石墨烯的新方法，是目前相關研究中的一個重要課題。
經(jīng)過長期研究，北大化學與分子工程學院劉忠范院士領導的研究團隊通過對反應氣體濃度、生長溫度和生長時間的精確調控，成功克服了玻璃表面催化裂解前驅體能力低、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，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，以及石墨烯的導電、導熱和表面疏水性等優(yōu)點，未來可應用于熱致變色窗口、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用前景，對于玻璃產(chǎn)業(yè)和石墨烯材料而言都至關重要。
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