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《我国实现米级单晶石墨烯的制备》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2017-11-23

  • 我国实现米级单晶石墨烯的制备2017/11/20 点击 115 次中国粉体网讯 石墨烯是典型的二维轻元素量子材料体系，具有优越的量子特性。科学界在石墨烯体系中观察到了许多量子现象和量子效应，石墨烯已经成为凝聚态物理研究领域的重要量子体系，在未来量子信息、量子计算和量子通讯等领域具有广泛的应用前景。 如何获得大尺寸单晶石墨烯是石墨烯研究领域的热点和难点，是实现石墨烯工业化应用的基础。虽然利用化学气相沉积方法（CVD）方法已经实现了米级多晶石墨烯薄膜的制备，但是米级单晶石墨烯薄膜技术还未被突破。 最近，在量子调控与量子信息重点专项项目的支持下，北京大学刘开辉研究员、俞大鹏院士、王恩哥院士及其合作者，继2016年首次实现石墨烯单晶的超快生长之后，在米级单晶石墨烯的生长方面再次取得重要进展。 研究团队将工业多晶铜箔转化成了单晶铜箔，得到了世界上目前最大尺寸的单晶Cu（111）箔，利用外延生长技术和超快生长技术成功在20分钟内制备出世界最大尺寸（5×50 cm2）的外延单晶石墨烯材料。该研究结果为快速生长米级单晶石墨烯提供了必要的科学依据，为石墨烯单晶量子科技...

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    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2018-05-27
    • 锂金属电池是一款极具前景的高能量密度电池，其理论比容量高达3860 mAh/g，近10倍于锂离子电池。然而，锂金属电池存在一个致命缺陷，那就是在充放电过程中会产生大量枝晶，从而刺穿隔膜会引起电池短路，导致性能衰退甚至燃烧爆炸，因此亟需研究抑制锂枝晶生长的方法。 由伊利诺伊大学芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar教授课题组牵头的联合研究团队制备了新颖的二维石墨烯氧化物纳米片薄膜，作为保护层涂覆在玻璃纤维隔膜上，有效地抑制了锂枝晶的形成，从而显著地增强电池性能和循环寿命。研究人员通过喷雾热解方法将二维石墨烯纳米片（GOn）涂覆在玻璃纤维隔膜（GF）上，随后通过真空干燥处理，形成GOn修饰复合隔膜GOn-GF。扫描电镜表征显示，GOn均匀地嵌入到玻璃纤维GF的空隙中，从而有效地避免了GOn的堆叠和脱落，形成致密的二维涂层薄膜覆盖在GF表面，有助于锂离子快速传输。随后研究人员将制备的GF、GOn-GF隔膜应用于锂金属电池，并开展电化学性能测试进行对比研究。测试结果显示，在2 mA cm−2充放电电流密度下，采用无GOn修饰的GF隔膜电池经过80次循环后，电池容量就衰减了20%，但而当进一步增加循环次数到115次后，电池容量大幅衰减至初始状态的20%，库伦效率为80%；相反，采用GOn-GF隔膜的电池在经过160次循环后，电池容量仍可维持初始状态的83%以上，库伦效率接近100%，展现出更加优异的电池性能和循环稳定性。通过电化学阻抗谱测试发现，无GOn修饰的GF隔膜电池内部的界面传输电阻高达170 Ω，且循环后电池阻抗增加到了250 Ω，这主要是由于锂枝晶形成诱导高阻抗的固态电解质膜所致；相反，采用GOn-GF隔膜的电池内部界面传输电阻仅为70 Ω，且不会随着循环增大。研究人员指出，GOn-GF隔膜的电池性能提升主要得益于两方面改善，一是GOn-GF隔膜中二维石墨烯纳米片为锂离子提供了快速的传输通道增强电池充放电性能，二是有效地抑制了锂枝晶的形成增强了电池循环寿命。更为关键地是，该GOn涂层薄膜制备工艺简单、易于规模化且成本较低。 该项研究针对锂金属隔膜设计合成了新型的二维石墨烯氧化物纳米片保护涂层，增强锂离子的传输、抑制了锂枝晶的形成，增强了电池性能和循环寿命。为设计和开发高性能的锂金属电池提供了新的路径。相关研究工作发表在《Advanced Functional Materials》 。 （郭楷模）
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  • 《铁磁性FePt纳米晶超晶格的制备及应用》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-03-09
    • 近几十年来，对纳米颗粒的实验兴趣一直保持着发展势头，科学家发现了有关其独特性质的更多信息，如何将其用于越来越多的应用中，并开发了生产这些颗粒的先进技术。 早在2000年，科学家就开发了一种生产铁磁FePt纳米晶超晶格的方法，该方法被认为对超高密度磁记录介质的未来应用具有很大的希望。 下面，我们讨论产生这些纳米晶体超晶格的方法以及它们当前的现代应用。 铁磁性FePt纳米晶超晶格是如何制成的？ 来自纽约和加利福尼亚州沃森研究中心和阿尔玛登研究中心的科学家团队开发了一种通过还原乙酰丙酮铂并分解油酸和油胺稳定剂中的五羰基铁来合成铁-铂（FePt）纳米粒子的方法。据报道，该方法可产生具有可控尺寸和组成的FePt纳米粒子，以及具有可调粒子间间距的铁磁FePt纳米晶体超晶格。 首先，为了生产FePt纳米颗粒，该团队使用油酸和油胺来稳定和防止单分散FePt胶体的氧化。接下来，通过多元醇法将金属盐还原为金属颗粒。随后，Fe（CO）5热分解以生成Fe颗粒。这两个过程均在油酸和油胺的存在下进行，从而产生了单分散的FePt纳米颗粒。 该团队证明了所得的FePt纳米粒子可以很容易地控制。在控制羰基铁与铂盐的摩尔比时，研究人员表明可以调节组成。通过生长单分散种子颗粒并添加试剂以使种子生长至所需大小来更改粒度。最后，通过添加絮凝剂并离心将颗粒纯化和分离。 下一阶段是将FePt胶体分散到基质上，使溶剂蒸发，然后形成FePt纳米粒子超晶格。研究表明，生成的粒子是单分散的，很容易自组装成3D超晶格。 铁磁性FePt纳米晶超晶格的应用 一旦建立了创建铁磁性FePt纳米晶超晶格的方法，科学家就预见了它们在许多应用中的用途，特别是在光学和电子设备中。它们具有良好的化学稳定性和较大的单轴磁晶各向异性，可将其集成到永磁应用中。 它们具有随各向异性常数和颗粒体积成比例变化的单个颗粒的磁稳定性的特征，得出的结论是，这些颗粒可能会影响未来超高密度磁记录介质应用的发展。 然而，最近的研究强调了阻碍在磁记录中使用这些超晶格的问题。已经发现，FePt具有高矫顽力，大大超过了磁头材料限制的可用磁头的书写范围。因此，科学家们正在探索一种减少书写领域的方法来克服这一限制。 当前，最有前途的技术是在软磁相和硬磁相之间交换耦合。但是，要实现这一点，复合材料至少需要两个阶段。最近的研究在该领域取得了进展，最近几个月内发表了一些论文，这些论文展示了交换耦合并因此控制材料磁性能的可行方法。 该领域的进展很可能会使许多磁性应用受益，但是，实现这些应用可能需要花费几年的时间，在优化和准备方法之前还需要进行更多的研究。在研究环境之外使用。
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