用石墨制得的石墨烯堪稱人類目前已知的強(qiáng)度最高的物質(zhì)，發(fā)展前景令人神往。它不僅可以開發(fā)制造出薄如紙片的超輕型飛機(jī)材料、超堅(jiān)韌的防彈衣，甚至還能為“太空電梯”纜線的制造打開希望之門。但其前提是必須先解決宏量、可控制備的技術(shù)問題。中科院化學(xué)所朱道本院士指出，獲得大面積、均勻的石墨烯，是石墨烯制備中尚未攻克的難點(diǎn)。通過探索苯類化合物在一定條件下的開環(huán)反應(yīng)合成石墨烯，最有可能率先獲得突破。
學(xué)科交叉創(chuàng)新空間大
如何制備結(jié)構(gòu)精確可控的石墨烯，是打破其應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵。中科院金屬所成會(huì)明研究員提出，利用石墨原料的尺寸與結(jié)晶度不同來控制石墨烯層數(shù)的策略，可以宏量制備出單層、雙層和三層的高質(zhì)量石墨烯。他的課題組利用電泳沉積方法，已經(jīng)制備出表面均勻致密的單層石墨烯薄膜。這種石墨烯薄膜具有優(yōu)良的場發(fā)射特性、低開啟電場和閾值、良好的場發(fā)射穩(wěn)定性和均勻性。
中科院化學(xué)所的王朝暉研究員正考慮用化學(xué)合成法制備石墨烯, 從而解決高質(zhì)量石墨烯的可控制備、石墨烯結(jié)構(gòu)和物性的調(diào)控以及石墨烯材料的應(yīng)用研究等多個(gè)關(guān)鍵問題。
“作為近幾年飛速發(fā)展起來的一種碳納米材料，石墨烯的研究才剛剛起步，有大量的科學(xué)問題等待我們?nèi)パ芯�。這是一個(gè)創(chuàng)新空間很大的全新領(lǐng)域，更是一個(gè)前沿交叉領(lǐng)域，有待不同領(lǐng)域科學(xué)家的協(xié)同努力。”朱道本對(duì)記者說。
國內(nèi)探索步步為營
當(dāng)前，我國科研人員正在石墨烯領(lǐng)域開展積極探索。隨著其各種特性被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，相信不久的將來就可以投入大批量、低成本的工業(yè)化生產(chǎn)。
中科院物理所王恩哥研究員等采用剝離-再嵌入-擴(kuò)張的方法，成功制備出高質(zhì)量石墨烯，并通過LB（單分子或多分子層）膜組裝技術(shù)制成大面積的透明導(dǎo)電膜，對(duì)石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。2009年，中科院化學(xué)所的研究人員探索出一種制備圖案化石墨烯的方法，并成功將其應(yīng)用于有機(jī)場效應(yīng)晶體管電極。
還是在2009年，中科院電工所馬衍偉研究員等采用對(duì)苯二胺還原氧化石墨納米片的方法，成功制備出高穩(wěn)定性有機(jī)溶劑分散的石墨烯材料，并采用電泳沉積法獲得了高導(dǎo)電性的石墨烯薄膜。此方法制備的石墨烯分散性能好、產(chǎn)率高、導(dǎo)電性能好且成本低，有望應(yīng)用于超級(jí)電容器和復(fù)合功能材料等領(lǐng)域。
此外，中科院蘭州化物所也于今年5月制備出石墨烯薄膜，滿足了實(shí)際應(yīng)用中低能耗、低成本和高產(chǎn)量的要求。
高頻應(yīng)用或率先突破
2006～2008年間，石墨烯已被制成彈道輸運(yùn)晶體管和平面場效應(yīng)管，引起了研究人員的興趣。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，石墨烯很可能首先應(yīng)用于高頻領(lǐng)域，如太赫茲微波成像等。此外，憑借其很高的導(dǎo)電性和透光性，還可用于透明電極、觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池以及超級(jí)電容器等領(lǐng)域。
中科院數(shù)字與系統(tǒng)科學(xué)研究院的計(jì)算結(jié)果表明，石墨烯的理想強(qiáng)度為110～121GPa，意味著這是人類已知的最為牢固的材料，可作為添加劑廣泛應(yīng)用到高強(qiáng)度復(fù)合材料之中。石墨烯的厚度只有0.335納米，最突出的特性是電子傳輸速度極快，還具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定性，有望取代硅在電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用。
西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院專家表示，基于石墨烯的電路或許要到2025年之后才會(huì)出現(xiàn)，在此之前硅電路還會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位，但前景無疑是樂觀的，因?yàn)槭┢倪吘壋叽缁緵]有限制。專家樂觀地表示，僅僅在10年前，碳納米管的長度還不足1微米，現(xiàn)在已經(jīng)可以制造出幾厘米長的納米管了。可以預(yù)見，同樣的結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)在石墨烯上。
學(xué)科交叉創(chuàng)新空間大
如何制備結(jié)構(gòu)精確可控的石墨烯，是打破其應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵。中科院金屬所成會(huì)明研究員提出，利用石墨原料的尺寸與結(jié)晶度不同來控制石墨烯層數(shù)的策略，可以宏量制備出單層、雙層和三層的高質(zhì)量石墨烯。他的課題組利用電泳沉積方法，已經(jīng)制備出表面均勻致密的單層石墨烯薄膜。這種石墨烯薄膜具有優(yōu)良的場發(fā)射特性、低開啟電場和閾值、良好的場發(fā)射穩(wěn)定性和均勻性。
中科院化學(xué)所的王朝暉研究員正考慮用化學(xué)合成法制備石墨烯, 從而解決高質(zhì)量石墨烯的可控制備、石墨烯結(jié)構(gòu)和物性的調(diào)控以及石墨烯材料的應(yīng)用研究等多個(gè)關(guān)鍵問題。
“作為近幾年飛速發(fā)展起來的一種碳納米材料，石墨烯的研究才剛剛起步，有大量的科學(xué)問題等待我們?nèi)パ芯�。這是一個(gè)創(chuàng)新空間很大的全新領(lǐng)域，更是一個(gè)前沿交叉領(lǐng)域，有待不同領(lǐng)域科學(xué)家的協(xié)同努力。”朱道本對(duì)記者說。
國內(nèi)探索步步為營
當(dāng)前，我國科研人員正在石墨烯領(lǐng)域開展積極探索。隨著其各種特性被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，相信不久的將來就可以投入大批量、低成本的工業(yè)化生產(chǎn)。
中科院物理所王恩哥研究員等采用剝離-再嵌入-擴(kuò)張的方法，成功制備出高質(zhì)量石墨烯，并通過LB（單分子或多分子層）膜組裝技術(shù)制成大面積的透明導(dǎo)電膜，對(duì)石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。2009年，中科院化學(xué)所的研究人員探索出一種制備圖案化石墨烯的方法，并成功將其應(yīng)用于有機(jī)場效應(yīng)晶體管電極。
還是在2009年，中科院電工所馬衍偉研究員等采用對(duì)苯二胺還原氧化石墨納米片的方法，成功制備出高穩(wěn)定性有機(jī)溶劑分散的石墨烯材料，并采用電泳沉積法獲得了高導(dǎo)電性的石墨烯薄膜。此方法制備的石墨烯分散性能好、產(chǎn)率高、導(dǎo)電性能好且成本低，有望應(yīng)用于超級(jí)電容器和復(fù)合功能材料等領(lǐng)域。
此外，中科院蘭州化物所也于今年5月制備出石墨烯薄膜，滿足了實(shí)際應(yīng)用中低能耗、低成本和高產(chǎn)量的要求。
高頻應(yīng)用或率先突破
2006～2008年間，石墨烯已被制成彈道輸運(yùn)晶體管和平面場效應(yīng)管，引起了研究人員的興趣。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，石墨烯很可能首先應(yīng)用于高頻領(lǐng)域，如太赫茲微波成像等。此外，憑借其很高的導(dǎo)電性和透光性，還可用于透明電極、觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池以及超級(jí)電容器等領(lǐng)域。
中科院數(shù)字與系統(tǒng)科學(xué)研究院的計(jì)算結(jié)果表明，石墨烯的理想強(qiáng)度為110～121GPa，意味著這是人類已知的最為牢固的材料，可作為添加劑廣泛應(yīng)用到高強(qiáng)度復(fù)合材料之中。石墨烯的厚度只有0.335納米，最突出的特性是電子傳輸速度極快，還具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定性，有望取代硅在電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用。
西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院專家表示，基于石墨烯的電路或許要到2025年之后才會(huì)出現(xiàn)，在此之前硅電路還會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位，但前景無疑是樂觀的，因?yàn)槭┢倪吘壋叽缁緵]有限制。專家樂觀地表示，僅僅在10年前，碳納米管的長度還不足1微米，現(xiàn)在已經(jīng)可以制造出幾厘米長的納米管了。可以預(yù)見，同樣的結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)在石墨烯上。
