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《二维材料“如石墨烯的革命性进展”》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： chenfang
  • 发布时间：2016-08-17

  • 石墨烯是在曼彻斯特大学于2004年分离出的第一个二维材料。其各方面性能极致，包括极高的强度，导电性，灵活性和透明度，应用范围从水过滤到可弯曲智能手机，从防锈涂料到对抗癌药物。将石墨烯与其他材料结合，会产生优异的特性，引发的科学进步令人振奋，其产生的应用更是超过人们的想象。

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  • 《革命性的3D石墨烯泡沫制造》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-12-14
    • 石墨烯被称为2D材料。虽然石墨烯的固有结构和电子性质是二维的(即电子只能在二维中移动)，但它也可以被制成三维结构。 多年来，由于莱斯大学的James Tour博士发现并开发了激光诱导石墨烯(LIG)，石墨烯泡沫得到了越来越多的关注。 石墨烯泡沫是通过激光在富碳表面产生3D石墨烯泡沫。今年早些时候，Tour博士表示，在LIG和石墨烯泡沫方面有大量的研究和出版活动。 尽管石墨烯泡沫可能在基础和学术层面吸引了很多兴趣，但它们也在商业和工业层面吸引了很多兴趣。 总部位于苏格兰的集成石墨烯是一家生产3D石墨烯泡沫(并从中生产最终用途产品)的公司，该公司宣布在最新一轮投资中筹集了310万英镑，以扩大其生产潜力，并在更大范围内展示该产品的性能。 石墨烯泡沫的商业开发 而未集成的石墨烯具有明确指出哪个方法是使用三维石墨烯泡沫(最有可能由于知识产权保护),它开发了一个创新的过程,使高质量的石墨烯泡沫直接生产的底物(通常是塑料或金属箔膜),在室温下,在几秒。 这些创新的泡沫可以在不同的基质上快速生产，反过来，这些基质可以用来制造特定的设备。此外，这个过程本身是一个单步过程，不需要使用催化剂、粘合剂或添加剂，所以你得到的是一个纯产品。 除了在室温下直接分布衬底外，石墨烯泡沫是一个可以缩放的过程，也是一个可以根据预期应用定制石墨烯泡沫性能的过程。 与常见的石墨烯相比，3D石墨烯泡沫是一种更为多样的石墨烯形式(石墨烯的生产方法也将如此)，据说石墨烯泡沫本身具有较大的电化学活性表面积和多孔结构。 石墨烯产品今日上市 集成石墨烯目前专注于几个关键应用领域，但在许多领域都有潜力。集成石墨烯公司认为，3D石墨烯泡沫可以获得价值1万亿美元的石墨烯应用市场。目前，两个重点领域是生物传感器和能量存储设备，这将在下面进行更详细的讨论。 生物传感器用石墨烯泡沫 集成石墨烯开发了一种纯3D石墨烯泡沫传感电极(称为Gii-Sens)，用于需求点医疗保健监测。 该传感电极利用大的电化学活性表面积、高导电性和纯石墨烯表面提供高灵敏度。 该传感器提供了一个适合实验室的检测限制，没有放大过程，酶，或标签。生物传感电极还可以与专门的适配器连接，以保护传感器不受环境的影响，从而更准确地执行测试。 ii-Sens生物传感器也被进一步发展成为一个内部的电化学平台，作为几种不同化验的快速诊断系统的功能。 该系统是一个需求点系统，不仅可以帮助开发单目标和多目标微流体分析，而且还可以用于这些分析的常规实验室测试。就像Gii-Sens本身一样，该平台没有扩增、酶和标签，噪音低，结果可重复。 在需求点诊断领域有很多工作要做，随着需求点诊断的扩展，未来需要关注。 用于储能的石墨烯泡沫 在医疗领域之外，集成石墨烯正将其3D石墨烯泡沫应用于储能领域，以生产超级电容器。 3D石墨烯泡沫超级电容器被命名为Gii-Cap，目标是电动车和物联网行业。 人们对开发储能石墨烯设备有着浓厚的兴趣。用3D石墨烯发泡材料制作石墨烯为已试验过的标准材料(使用CVD或少层石墨烯)提供了另一种解决方案。 集成石墨烯制成的电容器不仅具有高电容和高性能，而且充电速度快、终身存储电力、无爆炸、可回收，而且不使用矿山或有害材料。超级电容器也可定制，有一个灵活的形式和形状。 在一个很多人都在谈论石墨烯储能的世界里，集成石墨烯似乎是一种解决现状的创新方法。
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  • 《二维材料 材料界的一场新革命》
    • 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：2019-11-26
    • “人类过去4000年的发展，从瓷器时代到青铜时代再到铁器时代，每个时代都有一种代表性材料。我们现在生活在塑料与硅的时代，这也是今天人类文明的代表性材料。下一步是什么呢？”在近日举行的2019中国科幻大会“科技与未来”专题论坛上，2010年诺贝尔物理学奖得主、英国曼彻斯特大学物理学教授安德烈·海姆问道。而他自己给出的答案是：二维材料。 　　已知的二维材料有成百上千种 　　2004年，凭借粘在胶带上的石墨残片，安德烈·海姆和他的博士后康斯坦丁·诺沃索洛夫分离出如今知名度最高的二维材料——石墨烯，并因此获得2010年诺贝尔奖。 　　石墨是三维的，而石墨烯仅由一层碳原子构成，因此就成了二维材料。安德烈·海姆介绍，石墨烯具备一系列卓越的性能：你能想象到的最薄的材料、比表面积最大的材料、目前已知最坚固的材料、延展性和柔韧性最强的晶体、导热性打破已有纪录…… 　　“这是材料的二维革命。”安德烈·海姆说，15年前，人们先验地认为这些材料是不可能存在的。如今，科学家已经知道成百上千种其他二维材料的存在和性质。 　　安德烈·海姆介绍，目前全球范围内有成千上万研究人员在研究二维材料，很多中国大学都有这样的研究团队或研究人员。同时，世界上有数千家公司在研发石墨烯产品，包括众多中国公司。 　　“石墨烯的优越特性让它可在很多消费产品中得到应用。”安德烈·海姆介绍，目前市场上已经有含有石墨烯的电池，它不仅产生的热量少，而且充电速度大为提升。还有人尝试把石墨烯应用在跑鞋上，让跑鞋寿命延长40%；或者将其应用在跑车上，让跑车更加轻盈的同时，既坚固又抗冲击。 　　从三维到二维物理特性会巨变 　　“石墨烯已经在很多领域产生广泛应用。但其他大部分二维材料仍处于实验室研究阶段，科研人员仍在对它们的制备成本、各种性质和应用潜力进行优化和探索。”中国科学技术大学化学与材料科学学院教授朱彦武在接受科技日报记者采访时说。 　　记者了解到，由单层原子构成的锡烯、二硫化钼和黑磷等，都是当前二维材料领域的研究热点。 　　“理论上很多三维材料都有‘二维化’的可能。”朱彦武介绍，从三维到二维，很多材料的物理特性会发生巨大变化。 　　一个最明显的变化是，二维材料的厚度非常薄，因此会拥有非常大的比表面积，这就有潜力用作高性能负载或者过滤材料。再比如，由于石墨烯中的电子迁移速度非常快，石墨烯器件的响应速度可大大提升，同时驱动电子所用的电场和电势就可以降低，这将大大减少一些基于二维材料的器件功耗。 　　实际上，随着芯片尺度越来越小，芯片上的晶体管数量接近极限，这意味着摩尔定律日益逼近“天花板”。而二维材料的巨大应用前景之一就是用于制造新型半导体器件，从而打破摩尔定律的“天花板”，但这并非易事。 　　“从基础科学研究的角度来讲，材料的维度降低以后，其中涉及很多纳米科学和表界面科学相关的问题，科研人员仍然没有完全搞清楚。这是二维材料研究目前面临的难题之一。” 朱彦武认为，从某些方向或角度首先寻找到二维材料的应用突破口，将可能刺激或者鼓励二维材料研究领域的进一步发展。
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