盤點(diǎn)2017年石墨烯科研創(chuàng)新人氣成果

2018年01月09日 15:56:06來源：中國(guó)化工儀器網(wǎng)點(diǎn)擊：6371

　　【中國(guó)化工儀器網(wǎng) 本網(wǎng)視點(diǎn)】時(shí)間如梭，光陰流轉(zhuǎn)，眨眼間2017年已然離我們遠(yuǎn)去。在過去的一年中石墨烯材料始終熱度不減，顯然會(huì)繼續(xù)紅到2018。回首2017年，石墨烯隨著我國(guó)科技的發(fā)展變得愈發(fā)火熱，各大品牌制造商們也是卯足了勁專注于研。究竟哪些石墨烯科研創(chuàng)新成果在2017年更受到人們的矚目？為此，小編特意盤點(diǎn)了2017年儀表行業(yè)人氣石墨烯科研創(chuàng)新成果。

　　石墨烯變身醫(yī)療傳感器：可檢測(cè)出大腦癌細(xì)胞

　　據(jù)消息，芝加哥伊利諾伊大學(xué)（UIC）的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)將石墨烯制成一種傳感器，可以區(qū)分出正常的星形膠質(zhì)腦細(xì)胞和星型膠質(zhì)細(xì)胞瘤細(xì)胞。石墨烯作為一種原子厚度的碳晶格，當(dāng)與單個(gè)細(xì)胞接觸時(shí)，可以檢測(cè)出它們的某些屬性。

　　石墨烯碳原子的外圍電子形成共軛大π鍵，電荷可以在表面自由移動(dòng)。當(dāng)這種材料與細(xì)胞接觸時(shí)，細(xì)胞性狀的不同，與其相鄰的石墨烯表面的電荷分布也表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。癌細(xì)胞的代謝活性高，所以其表面聚集的電子多，這些電子可能會(huì)取代石墨烯表面的電子，在正常的細(xì)胞中，則觀察不到這種現(xiàn)象。石墨烯上電荷分布的變化改變了其碳原子振動(dòng)的能量，而這種改變用拉曼光譜可以檢測(cè)出來，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以判斷細(xì)胞是否屬于癌細(xì)胞。

　　聯(lián)盟研發(fā)出高精度石墨烯紅外探測(cè)器

　　日前，由23個(gè)國(guó)家150多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)組成的聯(lián)盟 Graphene Flagship 運(yùn)用納米材料石墨烯研發(fā)出一款高精度的新型紅外探測(cè)器。據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，這種新型探測(cè)儀可檢測(cè)出納瓦級(jí)的熱輻射變化——相當(dāng)于手輕輕擺動(dòng)時(shí)釋放出的能量的千分之一。石墨烯的優(yōu)點(diǎn)是在高性能紅外成像和光譜學(xué)中的開放性可能性。來自劍橋大學(xué)(英國(guó))，恩伯頓有限公司(英國(guó))，光子科學(xué)學(xué)院(ICFO;西班牙)，諾基亞和約阿尼納大學(xué)(希臘)工作的Graphene Flagship的研究人員開發(fā)了一種基于石墨烯的，通過紅外輻射檢測(cè)，對(duì)于溫度的微小變化的測(cè)量，具有極高性的熱釋電熱輻射測(cè)量?jī)x。

　　在《自然·通訊》上發(fā)表的工作證明了基于石墨烯的非冷卻熱檢測(cè)器的高報(bào)告的溫度敏感性，能夠?qū)囟茸兓纸鉃閹资?mu;K。僅需要幾納米的IR輻射功率來在隔離器件中產(chǎn)生這樣小的溫度變化，比通過緊密靠近的人手遞送到檢測(cè)器的IR功率小大約1000倍。

　　石墨烯紅外探測(cè)器，可檢測(cè)出極微小的熱輻射變化

　　檢測(cè)器的高靈敏度對(duì)于超過熱成像的光譜應(yīng)用是非常有用的。使用高性能的基于石墨烯的IR檢測(cè)器，可以提供較少的入射輻射的強(qiáng)信號(hào)，可以隔離IR光譜的不同部分。這在安全應(yīng)用中是至關(guān)重要的，其中不同的材料(例如爆炸物)可以通過它們的特征IR吸收或透射光譜來區(qū)分。

　　恩伯頓工程師和研究的聯(lián)合負(fù)責(zé)人Alan Colli博士說：“使用更高靈敏度的檢測(cè)器，可以限制大的熱帶，并且仍然使用在非常窄的光譜范圍內(nèi)的光子形成圖像，并且做多光譜紅外成像對(duì)于安全檢查，有特定的簽名，材料在窄帶中發(fā)射或吸收，因此，需要一個(gè)在窄帶中訓(xùn)練的檢測(cè)器，這在尋找爆炸物，有害物質(zhì)或任何分類。”

　　中科院蘇州納米所研發(fā)出高靈敏度石墨烯太赫茲探測(cè)器

　　近日，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所等科研單位成功得出這一研究成果。中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所、中國(guó)科學(xué)院納米器件與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室秦華團(tuán)隊(duì)與中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司第十三研究所專用集成電路重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作，成功獲得了高靈敏度石墨烯（Graphene）太赫茲探測(cè)器，靈敏度達(dá)到同類石墨烯探測(cè)器的好水平，該結(jié)果近期發(fā)表在碳材料雜志Carbon（116, 760-765 (2017)）上。

　　G-FET太赫茲探測(cè)器的研制工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No. 61271157, 61401456, 61306006）、中科院蘇州納米所納米加工平臺(tái)、測(cè)試分析平臺(tái)和南京大學(xué)超導(dǎo)電子學(xué)研究所的大力支持。

　　浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)高導(dǎo)熱超柔性石墨烯組裝膜

　　近日，浙江大學(xué)高分子系高超團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種高導(dǎo)熱超柔性石墨烯組裝膜，這一新成果解決了宏觀材料高導(dǎo)熱和高柔性不能兼顧的世界性難題，有望在熱管理、新一代柔性電子器件及航空航天等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。文章發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。

　　據(jù)悉，高超團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了“大片微褶皺”思路：大片石墨烯缺陷少，可實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱率;微褶皺使材料在拉伸彎折時(shí)有足夠的應(yīng)變空間，可確保高柔性。研究者還使用了無碎片的超大片氧化石墨烯作為原料，以降低邊緣聲子逸散。同時(shí)，采用高溫?zé)崽幚恚コ┍砻娴墓倌軋F(tuán)并修復(fù)石墨烯內(nèi)部孔洞，得到少缺陷的石墨烯結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)變化通過拉曼、XRD及透射電鏡檢測(cè)進(jìn)行了確證。所得石墨烯膜的熱導(dǎo)率平均值為1900 W/mK，高值達(dá)到2053 W/mK。

　　深圳先進(jìn)院研發(fā)出新型低成本雙碳鉀離子電池技術(shù)

　　近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種新型高性能、低成本雙碳鉀離子電池，相關(guān)研究成果A Dual-Carbon Battery Based on Potassium-Ion Electrolyte(《基于鉀離子電解液的雙碳電池(K-DCB)》)已在線發(fā)表于能源材料期刊Advanced Energy Materials上。

　　研究表明，該新型廉價(jià)雙碳鉀離子電池的放電中值電壓高達(dá)4.5V，單個(gè)紐扣電池就能同時(shí)點(diǎn)亮兩顆LED燈，并且電池充放電循環(huán)100圈后，容量幾乎沒有衰減，使得其可以滿足高電壓器件的要求。相對(duì)于現(xiàn)有傳統(tǒng)鋰離子電池技術(shù)，該新型電池將大幅降低生產(chǎn)成本，還具有環(huán)保友好、安全性高、能量密度相對(duì)較高等優(yōu)點(diǎn)，因此在大規(guī)模可再生清潔能源儲(chǔ)存、通訊備用電源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　中科院專家成功研制石墨烯“防腐外衣”

　　從中國(guó)科學(xué)院獲悉，該院寧波材料技術(shù)與工程研究所王立平研究員和薛群基院士團(tuán)隊(duì)成功研制出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型石墨烯改性重防腐涂料——這層石墨烯“防腐外衣”，有望讓鋼鐵材料“抵御”來自熱帶海洋環(huán)境下高鹽、高濕及高溫的侵襲。

　　王立平告訴筆者，我國(guó)擁有高達(dá)2000億元的防腐涂料市場(chǎng)，其中重防腐涂料需求年均增速超過20%，不過由于沒有形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，缺乏相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以前70%的重防腐涂料市場(chǎng)被外資品牌壟斷。如今國(guó)產(chǎn)石墨烯“防腐外衣”的成功研制，也有望改變我國(guó)重防腐涂料被國(guó)外產(chǎn)品壟斷的市場(chǎng)格局。

　　北京大學(xué)研究人員實(shí)現(xiàn)米級(jí)單晶石墨烯的制備

　　近，在量子調(diào)控與量子信息重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目的支持下，北京大學(xué)劉開輝研究員、俞大鵬院士、王恩哥院士及其合作者，繼2016年實(shí)現(xiàn)石墨烯單晶的超快生長(zhǎng)之后，在米級(jí)單晶石墨烯的生長(zhǎng)方面再次取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)將工業(yè)多晶銅箔轉(zhuǎn)化成了單晶銅箔，得到了世界上目前大尺寸的單晶Cu(111)箔，利用外延生長(zhǎng)技術(shù)和超快生長(zhǎng)技術(shù)成功在20分鐘內(nèi)制備出世界大尺寸(5×50 cm2)的外延單晶石墨烯材料。該研究結(jié)果為快速生長(zhǎng)米級(jí)單晶石墨烯提供了必要的科學(xué)依據(jù)，為石墨烯單晶量子科技的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

　　該研究成果于2017年8月在《科學(xué)通報(bào)》(Science Bulletin)發(fā)表，并被選為封面文章。中國(guó)科學(xué)院沈陽金屬研究所成會(huì)明院士同期在Science Bulletin發(fā)表重點(diǎn)推薦評(píng)論文章。

　　2017年各個(gè)方向不斷出現(xiàn)令人驚喜的研究成果，讓人們對(duì)石墨烯的未來充滿期待。但總體來講，石墨烯技術(shù)成熟度還比較低。對(duì)于石墨烯的發(fā)展，其制約因素或者說難點(diǎn)，主要在材料制備技術(shù)、全新設(shè)計(jì)理念和二維操控技術(shù)等方面。不過科學(xué)家們也比較樂觀，近兩年石墨烯的可控低成本制備技術(shù)已取得了突破性進(jìn)展，有望在不久的將來形成石墨烯產(chǎn)業(yè)。

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