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那些年被用来制备石墨烯的花瓣、豆油、饼干、鸡骨头、牛粪…

烯碳资讯  · 公众号  ·  · 2017-03-10 16:15

正文

小烯导读


莎士比亚曾经说过,一千个人眼中有一千个哈姆雷特,在科学家眼中,实验室里有一千种制备石墨烯的方法。带进实验室的大豆油、饼干和巧克力也可能不是为了填饱肚子,那么家用微波炉也有可能是用来制备出高质量的石墨烯,对不对~


自从2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,通过“撕胶带”的方法将单层石墨烯剥离出来,石墨烯凭借出众的理化性质吸引了学术界和产业界的诸多关注,成了热的烫手的研究领域。记得当年有篇综述这么描述石墨烯——“Graphene: A Rising Star on the Horizon of Materials Science”,想来此言不差。当然,制备石墨烯的新方法也是层出不穷。


安德烈·海姆团队捐赠给诺贝尔博物馆的石墨、石墨烯和透明胶,上面还有这位诺奖得主的签名。


1月31日,澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的韩兆军博士等人开发出一种利用大豆油低成本生产石墨烯的新方法,为商业化大规模生产石墨烯提供了一种可行方案。该研究发表在Nature Communications杂志上。


试验制作出来的大豆油石墨烯薄膜。


这不禁会让人想到了近年来花样翻新的石墨烯制备方法,传统的化学气相沉积(CVD)、外延生长、氧化还原法等等还好说,另外一些方法却让人由衷赞叹“大开脑洞”,重点是,刊登这些文章的期刊影响因子都不低,比如,美国新泽西州立罗格斯大学的Manish Chhowalla等人用家用微波炉生产高性能石墨烯,文章顶级期刊Science进行了发表。


Chhowalla教授(左)和论文共同一作Jieun Yang。


韩国蔚山科学技术大学和罗格斯大学则选择利用微波去除石墨烯氧化物中的含氧官能团,使高质量石墨烯能够大规模生产,解决了石墨烯制造困难的问题。


微波去除石墨烯氧化物中的含氧官能团试验示意图。


除了方法,研究人员对于石墨烯前驱物的选择可谓无所不用其极。美国莱斯大学的研究者曾用饼干、巧克力、杂草、塑料和狗粪等做碳源制备石墨烯。虽然方法和CVD法大同小异,也是在Cu箔上生长石墨烯,但确实令人严重怀疑烧过狗粪的管式炉会不会散发一种奇怪的味道……


实验过程图。图B铜箔上放的是一只蚂蚱腿。


后来,伊朗的研究者又开发出甘蔗渣、报纸、鸡骨头、牛粪等前驱物做碳源,通过煅烧的方式制备石墨烯。


相比较而言,几位印度的化学家就浪漫很多。他们使用花瓣做前驱物,在Ni片上制备石墨烯,虽然觉得不怎么实用,但毕竟有种“诗和远方”的感觉。


在1600℃温度下用莲花花瓣制备的石墨烯样品的电子显微照片。


韩国的科学家也不甘落后,使用沥青和工业废料,也成功制备出石墨烯,并应用于场效应晶体管电极。


沥青和工业废料制备石墨烯示意图。


如果觉得用金属做衬底成本太高,印度的研究者也想到这点了,他们用糖+沙子制备了石墨烯,石墨烯包裹在沙子的表面。


糖+沙子制备石墨烯示意图。


澳大利亚詹姆库克大学的研究人员们找到了一种从茶树中制得这种神奇材料的新方法,而这种茶树(Melaleuca alternifolia )也常被用来提取用于治疗痤疮和虫咬的药用植物精油。不过研究人员们最近发现的这种新的制取石墨烯方法是到目前为止最容易且最廉价的方法。


可用来制取石墨烯的茶树(Melaleuca alternifolia )


当然,我国的研发人员也在努力,不使他国同行专美于前。济南一家公司选用做石墨烯的前驱物就特别的接地气——玉米棒子。



这家公司不但申请了专利,还用玉米芯制备的石墨烯生产了保暖内衣、内裤。


看了这么多千奇百怪的原料和制备方法,再回到上面提及的Nat. Commun.文章,来看看他们到底做了什么吧。传统的CVD法,需要纯Ar气氛、高温真空等严格条件,成本较高,阻碍了石墨烯的发展。因此,韩兆军研究团队发明了一种不需要保护气的制备方法。将大豆油放在管式炉中加热约30分钟,大豆油会在镍箔上分解成碳结构单元,然后迅速冷却并在金属箔表面形成石墨烯薄膜。


空气中生长石墨烯。


与传统CVD法得到的石墨烯相比,通过新方法得到的石墨烯同样具有高导电率等优点。新方法还可以控制石墨烯薄膜的层数,从1到3层再到30层的石墨烯,都可以获得。因此,Dong Han Seo博士说,我们现在可以回收废弃的油,并将它们转化为有用的东西。


而踏入三月这样一个草长莺飞的春天,除了扑面而来望之似雪的柳絮杨絮,令我们需要“掩面”出行的还有雾霾。佩戴一枚以石墨烯为材料制作的防雾霾防菌口罩出行,似乎成为了不错的选择吧~



资料来源:江南石墨烯研究院,烯碳资讯编辑整理,转载请注明出处