2017年石墨烯十大科技前沿进展

石墨烯(Graphene)是由一个碳原子与周围三个近邻碳原子结合形成蜂窝状结构的单层片状结构新材料。自2004年以来,当研究人员首次从普通石墨中分离出单层石墨烯,各界就给予这种“神奇的材料”很高的期望。
 
那么,2017年石墨烯行业又有哪些突破性的技术进展呢?一起来看看吧!
石墨烯重防腐涂料
 
据新华社报道,中国科学院宁波材料技术与工程研究所王立平研究员和薛群基院士团队成功研制出拥有自主知识产权的新型石墨烯改性重防腐涂料,突破石墨烯改性防腐涂料研发及应用的四大技术瓶颈,开发出石墨烯“防腐外衣”。
 
目前该成果已通过中国腐蚀与防护学会鉴定,关键技术指标盐雾寿命超过6000小时,处于国际领先水平,相关成果已经由宁波中科银亿新材料有限公司实施产业化,目前已定型的八大类产品已经在电力设施、船舶、石油化工装备等领域实现了规模应用。
 
据了解,我国拥有高达2000亿的防腐涂料市场,其中重防腐涂料需求年均增速超过20%。
化学家用光和热成功合成石墨烯纳米带
 
加州大学洛杉矶分校的化学教授Yves Rubin开发出一种生产石墨烯纳米带的新方法——先合成四种不同的无色分子晶体,晶体将分子锁定在完美的方向上进行反应,然后使用光线将分子缝合成聚合物,之后将这些有光泽的深蓝色聚合物放在只含有氩气的烘箱中,加热到600摄氏度使纳米带成为最终的形状:由碳原子组成的六边形环和沿着碳带边缘的氢原子。
 
Rubin表示:“我们研究了光的吸收波长,并揭示了纳米带带的结构和组成的特征。”研究人员已经为这个过程提交了专利申请。许多科学家相信这种新结构有朝一日会为电子设备提供动力。这项研究发表在《美国化学学会杂志》。
石墨烯能够在柔性材料上实现电子高速运转
 
查尔姆斯理工大学的研究人员发现,借助二维材料石墨烯可成功制备出柔性太赫兹检测器,可应用于医疗、物联网以及新型传感器等领域。他们使用石墨烯晶体管在塑料基板上开发出了第一台具有机械柔性性质的石墨烯类太赫兹检测器,为柔性太赫兹电子设备铺平了道路。该检测器具有独特的功能,在室温下,它能检测到频率范围330到500千兆赫兹的信号。该研究结果刊登在科学杂志<Applied Physics Letters>上。
石墨烯海绵添加剂用于增强锂电池性能
 
日本NEC公司的研究员钱成开发了一种多孔石墨烯海绵添加剂,也称为Magic G,该蜂窝状多孔石墨烯海绵具有高导电性,高比表面积和高电解质吸收能力,可用于锂离子电池的阳极和阴极,以提高其速率和功率性能。引入添加剂后而产生的电极特性,对于用于电动车辆的锂离子电池是必不可少的。目前的锂离子电池虽然显示出一些很好的性能,但由于充放电能力差和高倍率性能,它们仍然受到低功耗的影响。
离子精确“装订”石墨烯膜用于离子筛分和海水淡化研究
 
中国科学院上海应用物理研究所方海平团队、上海大学吴明红教授团队等在石墨烯研究领域取得了重大突破,研究提出并实现了通过水合离子精确控制石墨烯膜的层间距,展示出优异的离子筛分和海水淡化性能。
 
对于石墨烯纳米片,要实现其层间距固定并精确到1/10纳米的尺度十分困难,并且石墨烯膜在水溶液中会发生溶胀导致分离性能严重衰减。精确控制石墨烯膜的层间距在环境、能源材料等领域具有重要意义,尤其在水处理、离子/分子分离以及电池/电容等应用领域中起到关键作用。该成果发表在《自然》杂志上。
新型石墨烯氧化物薄膜可更好淡化海水
 
据新华社报道,曼彻斯特大学研究人员开发出一种可扩展的、孔径大小均匀的氧化石墨烯薄膜,它可以过滤掉极其微小的盐颗粒,而不过多影响水的流动。研究人员通过物理方式控制石墨烯薄膜在水中的膨胀程度,保证孔径比盐离子更小,解决了薄膜在水中膨胀后不能滤掉普通盐离子的问题。
 
有研究小组指出,调整孔径大小以过滤特定离子的基本思想可以应用于不同的薄膜,也有着不同的用途。
石墨烯膜用于生产重水 使核去污能耗成本减少100倍
 
曼彻斯特大学的研究人员Marcelo Lozada-Hidalgo博士领导的团队展示了一种可完全扩展的石墨烯膜原型,这种石墨烯膜能够更有效地生产重水,从而产生更环保便宜的核电。与现有技术相比,石墨烯可有助于核电厂生产重水和去污能耗成本减少超过100倍。研究人员认为,超重氢净化的能源效益在未来将会更大,这是全球主要关注的问题。该研究成果发表在《Nature Communications》上。
石墨烯/六方氮化硼复合材料用作电子封装材料
 
中科院合肥研究院应用所在不破坏材料结构的情况下,设计自组装合成出系列石墨烯/六方氮化硼杂化结构。利用导热组分在聚合物中选择性分布,获得绝缘导热杂化结构。通过模拟,验证了该杂化材料在散热领域的应用可行性。该类聚合物基复合材料拥有优异的传热性能和电绝缘性能,在先进电子封装领域以及热管理领域具有广阔的应用前景。
石墨烯纳米油墨助力生物医用领域的发展
 
德国柏林自由大学的Rainer Haag教授及同事们通过一种简单的方法来制备导电、可水处理且具有生物活性的石墨烯纳米油墨,用于开发其在生物医学领域的潜在应用。通过将具有生物相容性和多价态的电解质附着到石墨烯表面,使得石墨烯在水和生物液体中的稳定性得到了加强。新方法获得的油墨不仅具有良好的二维形貌、优异的电子细胞活性,同时对传统的涂层/印刷工艺也有较好的适应性。研究成果发表在《Advanced Materials》杂志上。
荷兰科学家开发出快速测定石墨烯材料性能的新方法
 
荷兰代尔夫特理工大学微纳米系统动力部的教授们在高频非线性动力学的帮助下,开发出了一种测定石墨烯材料性能的新方法,利用静电力作用,使石墨烯膜发生非线性共振,能够精确测量石墨烯的杨氏模量(弹性模量),相较于原子力显微镜,这种方法更快而且更适合于测量大量的石墨烯膜。