學(xué)科交叉創(chuàng)新空間大
如何制備結(jié)構(gòu)精確可控的石墨烯，是打破其應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵。中科院金屬所成會明研究員提出，利用石墨原料的尺寸與結(jié)晶度不同來控制石墨烯層數(shù)的策略，可以宏量制備出單層、雙層和三層的高質(zhì)量石墨烯。他的課題組利用電泳沉積方法，已經(jīng)制備出表面均勻致密的單層石墨烯薄膜。這種石墨烯薄膜具有優(yōu)良的場發(fā)射特性、低開啟電場和閾值、良好的場發(fā)射穩(wěn)定性和均勻性。
中科院化學(xué)所的王朝暉研究員正考慮用化學(xué)合成法制備石墨烯, 從而解決高質(zhì)量石墨烯的可控制備、石墨烯結(jié)構(gòu)和物性的調(diào)控以及石墨烯材料的應(yīng)用研究等多個關(guān)鍵問題。
“作為近幾年飛速發(fā)展起來的一種碳納米材料，石墨烯的研究才剛剛起步，有大量的科學(xué)問題等待我們?nèi)パ芯�。這是一個創(chuàng)新空間很大的全新領(lǐng)域，更是一個前沿交叉領(lǐng)域，有待不同領(lǐng)域科學(xué)家的協(xié)同努力�！敝斓辣緦τ浾哒f。
國內(nèi)探索步步為營
當(dāng)前，我國科研人員正在石墨烯領(lǐng)域開展積極探索。隨著其各種特性被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，相信不久的將來就可以投入大批量、低成本的工業(yè)化生產(chǎn)。
中科院物理所王恩哥研究員等采用剝離-再嵌入-擴張的方法，成功制備出高質(zhì)量石墨烯，并通過LB（單分子或多分子層）膜組裝技術(shù)制成大面積的透明導(dǎo)電膜，對石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。2009年，中科院化學(xué)所的研究人員探索出一種制備圖案化石墨烯的方法，并成功將其應(yīng)用于有機場效應(yīng)晶體管電極。
還是在2009年，中科院電工所馬衍偉研究員等采用對苯二胺還原氧化石墨納米片的方法，成功制備出高穩(wěn)定性有機溶劑分散的石墨烯材料，并采用電泳沉積法獲得了高導(dǎo)電性的石墨烯薄膜。此方法制備的石墨烯分散性能好、產(chǎn)率高、導(dǎo)電性能好且成本低，有望應(yīng)用于超級電容器和復(fù)合功能材料等領(lǐng)域。
此外，中科院蘭州化物所也于今年5月制備出石墨烯薄膜，滿足了實際應(yīng)用中低能耗、低成本和高產(chǎn)量的要求。
高頻應(yīng)用或率先突破
2006～2008年間，石墨烯已被制成彈道輸運晶體管和平面場效應(yīng)管，引起了研究人員的興趣。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，石墨烯很可能首先應(yīng)用于高頻領(lǐng)域，如太赫茲微波成像等。此外，憑借其很高的導(dǎo)電性和透光性，還可用于透明電極、觸摸屏、液晶顯示、有機光伏電池以及超級電容器等領(lǐng)域。
中科院數(shù)字與系統(tǒng)科學(xué)研究院的計算結(jié)果表明，石墨烯的理想強度為110～121GPa，意味著這是人類已知的最為牢固的材料，可作為添加劑廣泛應(yīng)用到高強度復(fù)合材料之中。石墨烯的厚度只有0.335納米，最突出的特性是電子傳輸速度極快，還具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定性，有望取代硅在電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用。
西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院專家表示，基于石墨烯的電路或許要到2025年之后才會出現(xiàn)，在此之前硅電路還會占據(jù)主導(dǎo)地位，但前景無疑是樂觀的，因為石墨烯片的邊緣尺寸基本沒有限制。專家樂觀地表示，僅僅在10年前，碳納米管的長度還不足1微米，現(xiàn)在已經(jīng)可以制造出幾厘米長的納米管了。可以預(yù)見，同樣的結(jié)果也會出現(xiàn)在石墨烯上。