《科技部: 俄罗斯研发出石墨烯表面纳米微孔成孔技术》

  • 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:2017-10-31
  • 俄罗斯国家研究型大学 "莫斯科钢铁学院" 的研究人员联合国外同行研发出石墨烯薄片表面纳米微孔成孔技术, 使纳米微孔的孔径实现技术可控。此项技术的研发成功为石墨烯应用开辟了更广泛的前景相应成果刊登在 "碳" 学术期刊上。 研究人员首先理论研究了加速离子作用下石墨烯薄片表面纳米微孔成孔机理以及孔径与离子能量之间的关系而试验则是采用诸如碳、氧、硅、金、碘、氙、钽等不同质量元素的离子在不同的能量下对石墨烯薄片进行轰击离子轰击能量可调, 其最大能量可达91兆电子伏。实验结果表明, 离子的能量决定了石墨烯薄片表面上纳米微孔的孔径大小, 可通过调节离子的轰击能量设定所形成纳米微孔孔径的大小, 使其在1-4纳米之间变化。此项成果的研究成功向石墨烯材料特定结构定向获得迈出了重要的一步 现在, 全球石墨烯材料科研人员都在研究探索石墨烯可控改性的工艺方法, 其中包括在其结构中产生缺陷的办法, 以此来改变石墨烯的微电子和导电性能, 并通过诱导使其具有磁性。俄研究人员正在完善工艺以期在石墨烯薄片表面形成距离可控的纳米微孔, 这样可将其转变为半导体材料应用于微电子行业中。 具有纳米微孔的石墨烯在许多领域具有极..。

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:姜山
    • 发布时间:2017-12-29
    • 石墨烯是由单层碳原子以蜂窝状点阵组成的典型二维纳米材料,完美单层石墨烯对于任何分子均不能渗透,是迄今为止厚度最薄且能分离不同两相的隔膜材料。带有纳米孔的石墨烯则表现出优异的溶液离子和气体分子选择性,在海水淡化、污水处理、空气净化等领域具有广阔的应用前景。目前国际上已发展了多种制备石墨烯纳米孔的方法,但如何在大面积石墨烯样品上快速制备高密度纳米孔仍未得到有效解决。中国科学院近代物理所材料研究中心研究人员在聚合物纳米孔研究基础上,发明了一种快速制备具有微孔支撑的大面积多孔石墨烯的新方法,解决了当前多孔石墨烯研究中的瓶颈问题。   科研人员把大面积石墨烯转移至PET膜上形成G/PET复合结构(图A),然后利用兰州重离子加速器提供的高能重离子对G/PET复合结构进行辐照,形成石墨烯纳米孔并在PET中形成潜径迹(图B);再利用非对称蚀法在PET中制备出锥形孔并形成具有微孔支撑的石墨烯纳米孔(图C)。该方法充分发挥了兰州重离子加速器离子能量高、穿透能力强的特点,可方便、快速地制备出具有微孔支撑的大面积、孔密度可控的多孔石墨烯,并获得授权发明专利。 重离子辐照技术制备石墨烯纳米孔   研究人员利用该方法制备出单个石墨烯纳米孔,精确研究了溶液中离子在纳米孔的输运特性,发现石墨烯纳米孔不仅具有良好的离子选择性,而且表现出巨大的离子整流效应,该结果在微纳流控器件开发和石墨烯纳滤膜制备方面具有重要意义。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会的支持,相关研究成果发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。
  • 《石墨烯材料的研发与应用展望》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-06-06
    • 自从2004年凭借其优异的性能从众多材料中脱颖而出引发世人关注以来,有“材料之王”之称的石墨烯在全世界范围内引起了一股新的研究热潮——物理、化学、材料科学家开始对石墨烯进行系统研究,各种极具魅力的奇特性质相继被发现。 目前,主要的石墨烯制备方法有机械劈裂法、外延晶体生长法、化学气相沉积法、氧化石墨的热膨胀和还原方法。还有其他一些制备方法也陆续被开发出来,如气相等离子体生长技术,静电沉积法和高温高压合成法等。 超级电容器凭借其高功率密度、优秀的倍率性能和极佳的循环性能等特质成为了近年来的研究热点之一,甚至被认为有机会成为最主要的储能装置。 石墨烯具有较大的比表面积,良好的导电性和导热特性,是很有潜力的储能材料。作为已知最薄的二维材料,石墨烯因具有大比表面积等特性成为超级电容器电极材料的热门选择。 近日,在东京大学先端科学技术研究中心(RCAST),筑波大学教授、日本物质科学研究机构(NIMS)主席研究员唐捷为新材料在线®日本新材料考察团发表了题为《石墨烯材料的研发与应用展望》的精彩演讲,引发现场讨论热潮。 日本物质科学研究机构(NIMS)主席研究员唐捷发表演讲 以下为演讲实录,有删减修改: 石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,这种稳定二维蜂巢状晶格结构赋予了石墨烯力学、光学、电学和微观量子性质等极为优异的性能,被称为“材料之王”。 2004年,曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫用微机械剥离法成功分离出稳定的单层石墨烯,颠覆了凝聚态物理学界既往的二维材料不能在有限温度下存在的观点,被授予2010年诺贝尔物理奖。 石墨烯是人类已知最薄最坚硬的物质,单层石墨烯厚度只有0.335纳米,是头发直径的二十万分之一。作为理想二维晶体材料,石墨烯导电率可达10^6 S/m,是室温下最好的导电材料,性能超过已知最好的导体银或铜。同时,石墨烯是已知的导热系数最高的物质,是室温下导热最好的材料。 单层石墨烯对光的吸收率仅为2.3%,且对任何波长都有效,打破了目前常用半导体化合物如砷化镓等的吸收带仅在可见光和近红外端的限制,可制备透明导电薄膜,替代ITO,用于触摸面板、柔性液晶面板、太阳能电池及LED照明等。 石墨烯具有2630 m^2/g 的超大比表面积,能够作为强力吸附剂与过滤材料,应用于环保、海水淡化等领域,还能充当储能材料负载。 日本物质科学研究机构(NIMS)主席研究员唐捷与考察团合影留念 超级电容器凭借其高功率密度、优秀的倍率性能和极佳的循环性能等特质成为了近年来的研究热点之一,甚至被认为有机会成为最主要的储能装置。 事实上,超级电容器在生活中的应用已经很广泛了,比如太阳能发电、风力发电,都用它作为辅助设备,家电回收上也用到了超级电容器。 超级电容器的工作原理只是表面的吸附,所以它反应非常快,充电时间特别短,所以我们希望保持超级电容器充电时间短,又希望能够提高它的能量密度。现在超级电容器用的材料是活性炭,因为中间有很多微孔,它的能量密度并不大,没有起到作用,性能也不好。 我们做石墨烯超级电容器就是希望能够实现高速充电,大容量和大输出。我们主要通过石墨烯加纳米碳管做成一个三维纳米的构造,希望能够做成一个新型、大容量的材料。将来用在电动车上。 纳米碳管是一个被看好的材料,因为它导电性好,强度又高。日本政府花了几十亿元日元用于纳米碳管超级电容器的研究,最后发现纳米碳管可以提高性能,可以耐高压,但是比容量没有得到提高。因为纳米碳管的性能好,纳米碳管超级电容器的成本是现有的活性炭的一百倍,所以几乎是没有汽车的厂家愿意使用。 在这样的情况下,我们希望找到一个能提到超级电容器容量的材料,选择石墨烯这种材料是因为其具有最大的比表面积,又有很好的导电性,这样我们通过它的比表面积可以提高容量密度,又因为它有很好的导电性,又可以实现大的功率密度,达到了提高容量与缩短充电时间双重目的。 根据储电规模不同,石墨烯超级电容器的目标和市场包括手机、便携式计算机、汽车等领域。要将石墨烯超级电容器用在汽车领域未来还有很长的路走。 据了解,新材料在线®日本新材料考察之旅的目的是带领国内业界精英深入了解日本最先进、最前沿和最全面的新材料发展动向与科技成果;了解日本知名企业先进管理水平及技术,开拓视野,提升企业管理思维和能力;与日本知名高校材料研究所的教授交流探讨新材料技术及应用;通过本次标杆学习之旅,寻找到自身企业管理运营升级及技术创新的解决方案。 本次活动为新材料私董会系列活动之一。新材料私董会聚焦新材料行业的企业家学习、交流与社交,汇集新材料行业的企业家、投资机构合伙人、券商高管、行业资深专家等群体智慧,解决新材料企业经营管理中遇到的难题。打造高端圈层俱乐部。