提起石墨烯，最出名的大概就是2010年兩位科學家憑借對石墨烯的深入研究，分享諾貝爾物理學獎。復旦大學近日傳出消息，該校與新加坡國立大學研究人員合作研發，尋找到全新的石墨烯高效率制備，這一技術核心將非常容易“放大”到產業。
與傳統的發表論文、企業合作路徑不同，課題組完全反著來――2013年創新成果，2014年申請專利，2015年專利轉讓給國內一家企業后，才在線發表于 《自然?通訊》。課題組負責人之一，復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室盧紅斌說：“好東西要放一放，沉淀一下可能更好?！?/p>
成為創新產品功能性添加劑
石墨烯不僅因諾貝爾獎而廣為人知，它早已與生活息息相關。本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結構。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層石墨烯。因其完美的二維結構，石墨烯已成為許多創新產品的功能性添加劑。比如將其加入特殊高分子涂料后，可憑借隔絕性能，延長涂料涂裝壽命； 加入電池做導電劑，可讓電子傳輸更便利，提升充電速度；加入一些纖維和電熱裝置，其特殊的導電、導熱性能，可讓產品性能提升一個臺階。
如此有用的東西，其更好的制備方法也成為學界和產業共同競逐的目標。英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈?杰姆和克斯特亞?諾沃消洛夫發現，他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二，重復操作讓薄片越來越薄，最后他們得到僅由一層碳原子構成的薄片，就是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，經過5年發展，人們發現，將石墨烯帶入工業化生產的領域已為時不遠了。
解決石墨烯規?；瘧秒y題
對于石墨烯，盧紅斌給出三個“最”的評價：現有材料中厚度最薄，僅0.335納米；強度最高，是鋼的100倍；導熱性最好，比金屬銀還高10倍以上，此外其電子遷移率極高，比硅還高2個數量級。這種新型二維材料，在智能裝備、航空航天、能源儲存和環境治理等諸多領域應用潛力巨大，是重要的戰略新興材料。
但如何實現高質量石墨烯的高效率、規?；苽?，一直是制約其大規模應用的關鍵難題。其實，石墨烯是天然存在于自然界中的，制備的理想解決方案是從天然鱗片石墨出發，將其在特定溶劑液相中剝離成石墨烯。換句話說，由于石墨烯是疏水的，需在剝離的環境液體中加入大量活性劑，否則難以剝離。常見做法，往往制備1噸石墨烯，需加入3噸高錳酸鉀等氧化劑，讓其變為氧化石墨烯，剝離后再還原，這一過程中氧化、還原，以及清洗產生的廢水不少，而且也讓石墨烯失去了一些特有的性質。
如何克服這些難題？該課題組研究人員采用一種非穩定分散的策略，通過在石墨烯表面引入極少量的可電離含氧官能團，實現在極高濃度下的快速、高產率剝離，剝離產物90%以上為單層石墨烯，且晶格缺陷少，有效解決了石墨烯規?；瘧弥械膬Υ婧瓦\輸難題。此外，該方法制備的石墨烯水相漿料表現出了良好的流變特性，可直接通過3D打印制備各種形狀的石墨烯氣凝膠，從而為石墨烯在儲能、環境治理、多功能復合材料等領域的應用開辟了新途徑。
標簽： 凝膠
