德國化學家找到了一種廉價生產(chǎn)無缺陷石墨烯的方法。

 

　　石墨烯是前景最被人看好的新材料之一。但是全世界的研究人員依然在尋找制造無缺陷石墨烯的低成本方法。

 

　　德國埃爾朗根-紐倫堡大學（FAU）的化學家率先成功地用石墨生產(chǎn)出了無缺陷石墨烯。他們的這項研究最近發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）上。

 

　　石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的二維材料。它的導電性和導熱性都非常好，而且是透明的，具有柔性，但強度又十分大。石墨烯的獨特性質(zhì)使得它可以用在許多精尖科技中，比如用于制造柔性顯示器的透明電極。

 

　　但是，目前的石墨烯制造技術(shù)，在產(chǎn)品的大小、面積和瑕疵（影響導電性）等方面都有待改良，因此半導體工業(yè)暫時還未真正應用石墨烯。一支由Andreas Hirsch教授領(lǐng)導的FAU研究團隊最近在減少石墨烯的瑕疵這方面實現(xiàn)了突破。

 

　　利用添加劑苯甲腈，他們發(fā)現(xiàn)了一種直接用溶液制造無缺陷的石墨烯的方法。這種方法制造出的石墨烯能夠無缺陷地切割，也可以通過設(shè)定載流子的數(shù)量獲得特定電學性質(zhì)。用這種方法生產(chǎn)出來的石墨烯的質(zhì)量比以往任何方法都要高得多。此外，這項技術(shù)效率很高，成本低廉。

 

　　有一種常用的石墨烯傳統(tǒng)制造方法是石墨的化學剝脫。這種方法要將金屬離子嵌套在石墨（由碳構(gòu)成）中，形成插層化合物。之后再用溶劑把單層碳原子，也就是石墨烯分離下來。

 

　　然后把穩(wěn)定后的石墨烯從溶劑中分離出來。但在這個過程中，由于晶格中碳原子的水合或氧化作用，最終得到的石墨烯可能出現(xiàn)缺陷。FAU的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種溶液可以解決這個問題。他們在這種溶液中添加了苯甲腈，從而讓石墨烯能夠在不產(chǎn)生多余的官能團的情況下被分離出來，因此得到的石墨烯是無缺陷的。

 

　　“這個發(fā)現(xiàn)對于還原石墨烯合成領(lǐng)域的專家來說具有突破意義，”Hirsch 教授表示，“根據(jù)這項發(fā)現(xiàn)，我們預計用濕化學剝脫法制造的石墨烯的方法會取得巨大進步。比如，可以為半導體和感應器技術(shù)切割無缺陷的石墨烯。”

 

　　FAU 的研究人員設(shè)計的方法還具有另一項優(yōu)勢：在反應中，還原后的苯甲腈分子只要不接觸氧氣或水，它就會變成紅色。根據(jù)變色，研究人員就能很容易地用吸收測量法對載流子進行計數(shù)。之前，只能通過測量電壓來計算載流子數(shù)量。這意味著，石墨烯和電池研究人員現(xiàn)在有了測量充電狀態(tài)的新方法。（《科學美國人》中文版《環(huán)球科學》(北京)）