中国博士生设计出高温炉 可制备高质量石墨烯

朱授恩用自己设计制造的高温炉制备出高质量石墨烯

荷兰代尔夫特理工大学来自中国的博士生朱授恩,不久前用自己设计制造的高温炉制备出高质量石墨烯,这一成果有望推动石墨烯这一新型材料的低成本、规模化制备。

石墨烯是一种由单层碳原子构成的蜂窝状二维薄片,具有很多出色的电特性、热特性以及机械特性,被视为革命性的神奇材料。但石墨烯的制备并非容易,英国曼彻斯特大学的海姆和诺沃肖洛夫因为在2004年首次制出石墨烯而获得2010年度诺贝尔物理学奖。如今,他们使用的机械剥离法仍是实验室制备石墨烯的常用方法之一。朱授恩设计制造的高温炉设备运用化学气相沉积原理制备石墨烯。当炉温达到1000摄氏度,甲烷中的碳原子会在铜箔表面沉积,从而生成单原子层的石墨烯。这名来自福州的29岁留学生告诉记者,这套设备全部成本不到两万欧元,却可在一小时内就制出石墨烯。

他说:“许多科学家尝试运用这一原理制备石墨烯,方法上并没有新意,技术本身一点也不难,难的是仪器设备的精密程度和操作过程中的精确控制。”据介绍,这种方法有望大幅降低石墨烯的工业化制备成本。朱授恩表示,计划进一步改进设备,继续研究石墨烯的低成本规模化制备方法。他已向欧洲专利局申请专利。

石墨烯

石墨烯(Graphene)是一种二维碳材料,是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov),成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。并且,石墨烯在自然界也有产出,它体现为高能物理状态下的圈量子的粒子态相。

石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-8 Ω·m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

石墨烯电池或将引领改革:充电10分钟跑1000公里。


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