科技福音:“材料之王”石墨烯又将创造新奇迹

中研股份2018年11月30日讯  石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。 英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

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科技福音:“材料之王”石墨烯又将创造新奇迹

石墨烯科学家桂林"论剑",诺贝尔获奖者康斯坦丁•诺沃肖洛夫、中国科学院院士、国内外石墨烯研究顶尖专家等数十人,出席2018石墨烯研究最新进展国际会议,共同探讨石墨烯研究的新进展,他们认为"材料之王"石墨烯又将创造新奇迹,不断刷新人们对科技改变生活的认识。

诺沃肖洛夫:2D材料必将改变世界

英国科学家康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授,曾因成功剥离出石墨烯而获得2010年诺贝尔物理将,他在大会上以详细的数据介绍了2D晶体更具优异的性能。他说,现在世界上还是存在着很多2D的材料,等待着我们去研究和发现,我们可以进一步的扩展可用的二维材料的范围,并且通过范德华力的异质结构,确实可以让我们能够把各种不同的晶体结合到一起,产生新的二维材料,而且可以帮助我们实现我们想要的功能。他表示,未来包括石墨烯在内的2D新材料的应用必将改变我们的世界。

康斯坦丁·诺沃肖洛夫在接受采访时认为,石墨烯在将来的应用非常广泛,特别是在器件方面的应用上。在目前取得的研究进展中,有一些取得非常好的效果,希望将来能得到应用。但目前石墨烯仍然只是一个"超级婴儿",远未成长起来,康斯坦丁教授曾对全球西莫西生产企业做过抽查,没有一家企业的石墨烯产品的sp2杂化超过60%,石墨烯的研究道路依然漫长。

郭万林:"水伏"发电前景诱人

现在地球面临着缺少淡水的问题,还有全球变暖的问题。实际上变暖的水是充满能量的。一个地方的水含有的能量平均可以高达1200焦耳,这意味着一个房间里面,两立方米的空气就能够包含着一个巨大的能量。中国科学院院士、南京航空航天大学郭万林教授正是发展了这个能量,于是他的研究团队试着将水进行蒸发,然后发现在这个过程当中可以持续的发电,还可以达到一个比较高的电流强度。对此他首次提出"水伏"的概念,这是一个与"光伏"相对应的概念。他说,在纳米结构的碳材料表面进行水蒸发,在常温条件下,可产生1伏特的可持续电压。

郭万林院士的研究表明,把石墨烯放在手机屏幕上,水滴在上面一滚,就能生电,水滴滚得越快,发的电就越大,2平方厘米这么一个微米级的薄膜上,会发1伏的电,只要水不干,蒸发产生着,就能一直持续着发电,把这个电进行叠加,发几伏、10伏都没有问题。郭万林原始的团队在石英片上制备厘米尺寸的炭黑膜,进行亲水处理后,半浸入盛水烧杯中,常温常压条件下水自然蒸发,炭黑膜的两端就产生约1V的电压并能长时间地保持。实验中,将4个水蒸发发电装置串联起来,竟点亮了液晶显示屏。他对此表示,可能在接下来的几年中,大家可以用这个技术给自己的手机充电或是用来发电了。

陈军:努力让电动车安全"起飞"

能源已成为人类在21世纪十大难题之首,开发清洁能源成为世界共识,而新能源光电转化与储能科技在实现能源清洁高效利用和社会发展中起重要作用。对此,中国科学院院士、南开大学化学学院院长陈军,在大会上分享了合成的无机/有机和石墨烯复合材料在可充电锂/钠电池中表现出的良好电化学性能的研究最新进展成果。他说,石墨烯有很好的导电性,这一点可以解决电池普遍存在的导电性差、需要添加很多导电材料等问题,从而提升电池里电极材料的导电性,获得好的能量。另外,石墨烯作为一种电极中的活性物质,可以参加电极的电化学反应,特别是其体积密度较低的优势,可以有效提升电池的比能量。

他指出,目前新能源汽车已经上升为国家战略,受大众的关注,但在其研究领域上还有一些难点有待解决,比如续航里程、快速充电、生产成本以及使用安全等问题。虽然大家都很期待科学家能研究生产出一次充电就能跑300~500公里,还能快充快放,得到安全使用的电动汽车,但如何增强电池的导电性一直是科学研究上的难点。他表示,用"麻雀虽小五脏俱全"来形容电池是再合适不过的了,而石墨烯是一个很好的导电材料,今后他们研究团队将会更加注重能源化学的应用研究,让石墨烯在能源化学这片广阔的天地里大有作为。他相信,未来的电动汽车续航里程会不断增加,使用更加安全,电动汽车逐渐走向智能化,甚至研究生产出无人驾驶电动车、"会飞"的电动车等很多高科技新能源汽车。

成会明:已掌握制备高质量石墨烯材料的新工艺

中国科学院院士成会明教授在本次大会上作的《剥落法制备石墨烯及其它二维材料》报告就为怎样实现石墨烯量产化、如何开发石墨烯潜在领域等问题找到了方法,吸引了现场很多专家、学者以及企业家的关注。

他指出,石墨烯是一种非常特别的2D材料,它不仅有非常卓越的性能。还有非常出色的灵活性以及化学稳定性。它的表面积很大,易于组装,并且易于功能化。但目前石墨烯的市场成本比较高,在质量、制造装备、以及价格等方面仍有巨大的改善空间。

成会明教授的研究团队通过插层膨胀液相剥离和电化学剥落工艺,从天然石墨中大量制备出高质量石墨烯材料,使其在复合材料、储能、导电油墨等方面有着广泛的应用。他说,我们不仅要拥有很多二维材料的金属化合物,还要拥有其他一系列的材料。比如绝缘体、一些半金属或具有金属性质的物质等这样的一些二维的材料有望在很多的领域获得应用,包括有纳米电子、光调制器、传感器、复合材料、储能设备等一些潜在的应用领域。因此,在石墨烯和二维材料的研究领域,我们必须要开发出很好的工艺,也需要使用不同的二维材料来设计和构建这个异质结构,并且我们还要想办法开发二维材料的独特的属性,制备"杀手锏级"的应用,让它们在现实生活中能够得到商用。

科雷亚:中国石墨烯研究将会创造奇迹

组委会联合主席安东尼奥·科雷亚指出,石墨烯现在是一个很热的话题,全球都处于一个大力研究的状态。目前各国科学家正在把研究成果用于产品的生产中,比如美国日本等企业正在将石墨烯应用到手机的制造中。但是石墨烯材料的研究和运用还需要进一步提高,工业生产只是石墨烯应用的一部分,更多的应用领域和空间还有待探究,这是一个很大的话题。

他认为,石墨烯材料的研究在中国得到了许多支持,中国开展石墨烯研究的积极性比较高,现在越来越多关于石墨烯和二维材料的会议和研讨会在中国举办,一次又一次掀起了石墨烯研究热潮。相比较美国在这方面的研究没有这么高的热情,政府和社会支持石墨烯研究的力度也没有中国大,他相信,中国在石墨烯研究领域将会创造出令世界惊叹的奇迹。

刘忠范:能够控制石墨烯10微米的尺寸

中国科学院院士刘忠范教授表示,他的研究团队就做到了对石墨烯尺寸的控制。他在报告中首先分享了他与他的研究团队自2008年进入石墨烯研究领域以来,发明的辊可伸缩生长技术和仪器、4英寸单晶石墨烯晶片和仪器、快速生长技术、高载流子迁移率掺杂生长、超洁净石墨烯的CVD生长技术等。他们在"石墨烯之旅"所取得的研究进展让现场的与会嘉宾收获颇丰。

刘忠范教授表示,如果想要获得大规模的制备高品质石墨烯,必须要把一系列的变量控制好。他说,由于大家都面临着如何控制石墨烯尺寸的问题,所以针对这个问题他们团队做了相关的研究与探索,并在2009年的时候就已经能够控制到10微米的尺寸。现在他们可以通过把它的尺寸做到更小来获得量产的效果,也可以用新技术获得非常高速度的高品质石墨烯的生长,而能够提高成长率也就意味着降低了石墨烯的成本。

何国强:广西发布中国首个石墨烯系列地方标准

何国强教授在接受采访时指出,广西的石墨烯研究进展喜人,2016年搭建完成国际先进的石墨烯研究和检测平台,先进仪器包括球差校正透射电镜、扫描电镜、原子力显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱、比表面测试仪等,成立了广西石墨烯研究院,为广西石墨烯前沿研究提供了良好的平台和条件。

2016年12月广西率先发布了中国首个石墨烯系列地方标准,广西大学沈培康、何国强教授等人积极参与石墨烯国家标准和国际标准的制定工作。

广西部分石墨烯研究达国际领先水平,尤其在基础研究方面,发展出了一种三维石墨烯的可控制备方法,在原子和离子微观尺度上原位高温催化制备出三维结构的石墨烯,该三维结构同时含有sp2键和sp3键,其导电性、电化学、比表面积和孔隙率等方面性能优异,在电催化、电化学储能、导电导热等领域具有广阔的应用前景。同时还发展出了一种全新的石墨烯量子点电化学制备方法学及其机理,该石墨烯量子点的缺陷、尺寸可调控,能进行超高杂原子掺杂和表面修饰,掺杂量超过30%,在电催化、光致发光、靶向治疗等领域具有广阔的应用前景。相关研究成果发表在国际期刊Advanced Materials、ACS Catalysis、Journal of Materials Chemistry A等。除此之外,还开展其他领域的石墨烯研究并取得了长足的进步。

广西大学何国强教授团队合成了超高杂原子掺杂的石墨烯量子点,并将其应用于质子交换膜燃料电池和金属空气电池,显示出优异的氧还原电催化活性和耐久性,目前已成功应用于商业化产品。

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