盤點2017年石墨烯科研創(chuàng)新人氣成果
【中國化工儀器網(wǎng) 本網(wǎng)視點】時間如梭，光陰流轉(zhuǎn)，眨眼間2017年已然離我們遠去。在過去的一年中石墨烯材料始終熱度不減，顯然會繼續(xù)紅到2018?；厥?017年，石墨烯隨著我國科技的發(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：可檢測出大腦癌細胞
據(jù)消息，芝加哥伊利諾伊大學(xué)（UIC）的一個科學(xué)家團隊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)腦細胞和星型膠質(zhì)細胞瘤細胞。石墨烯作為一種原子厚度的碳晶格，當(dāng)與單個細胞接觸時，可以檢測出它們的某些屬性。
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。當(dāng)這種材料與細胞接觸時，細胞性狀的不同，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。癌細胞的代謝活性高，所以其表面聚集的電子多，這些電子可能會取代石墨烯表面的電子，在正常的細胞中，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的能量，而這種改變用拉曼光譜可以檢測出來，根據(jù)檢測結(jié)果可以判斷細胞是否屬于癌細胞。
聯(lián)盟研發(fā)出高精度石墨烯紅外探測器
日前， 由23個國家150多個研究團隊組成的聯(lián)盟 Graphene Flagship 運用納米材料石墨烯研發(fā)出一款高精度的新型紅外探測器。據(jù)團隊介紹，這種新型探測儀可檢測出納瓦級的熱輻射變化——相當(dāng)于手輕輕擺動時釋放出的能量的千分之一。石墨烯的優(yōu)點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)，恩伯頓有限公司(英國)，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，對于溫度的微小變化的測量，具有極高性的熱釋電熱輻射測量儀。
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器的高報告的溫度敏感性，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器的IR功率小大約1000倍。
石墨烯紅外探測器，可檢測出極微小的熱輻射變化
檢測器的高靈敏度對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檢測器，可以提供較少的入射輻射的強信號，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)合負責(zé)人Alan Colli博士說：“使用更高靈敏度的檢測器，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，需要一個在窄帶中訓(xùn)練的檢測器，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器
近日，中國科學(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。中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所、中國科學(xué)院納米器件與應(yīng)用重點實驗室秦華團隊與中國電子科技集團有限公司第十三研究所專用集成電路重點實驗室合作，成功獲得了高靈敏度石墨烯（Graphene）太赫茲探測器，靈敏度達到同類石墨烯探測器的好水平，該結(jié)果近期發(fā)表在碳材料雜志Carbon（116, 760-765 (2017)）上。
G-FET太赫茲探測器的研制工作得到了國家自然科學(xué)基金項目（No. 61271157, 61401456, 61306006）、中科院蘇州納米所納米加工平臺、測試分析平臺和南京大學(xué)超導(dǎo)電子學(xué)研究所的大力支持。
浙江大學(xué)研究團隊成功研發(fā)高導(dǎo)熱超柔性石墨烯組裝膜
近日，浙江大學(xué)高分子系高超團隊研發(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《先進材料》上。
據(jù)悉，高超團隊創(chuàng)造性地提出了“大片微褶皺”思路：大片石墨烯缺陷少，可實現(xiàn)高導(dǎo)熱率;微褶皺使材料在拉伸彎折時有足夠的應(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，采用高溫?zé)崽幚?，去除石墨烯表面的官能團并修復(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及透射電鏡檢測進行了確證。所得石墨烯膜的熱導(dǎo)率平均值為1900 W/mK，高值達到2053 W/mK。
深圳先進院研發(fā)出新型低成本雙碳鉀離子電池技術(shù)
近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(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隊成功研發(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，該新型廉價雙碳鉀離子電池的放電中值電壓高達4.5V，單個紐扣電池就能同時點亮兩顆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、能量密度相對較高等優(yōu)點，因此在大規(guī)?？稍偕鍧嵞茉磧Υ?、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隊成功研制出擁有自主知識產(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，我國擁有高達2000億元的防腐涂料市場，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產(chǎn)權(quán)技術(shù)，缺乏相應(yīng)技術(shù)標準，以前70%的重防腐涂料市場被外資品牌壟斷。如今國產(chǎn)石墨烯“防腐外衣”的成功研制，也有望改變我國重防腐涂料被國外產(chǎn)品壟斷的市場格局。
北京大學(xué)研究人員實現(xiàn)米級單晶石墨烯的制備
近，在量子調(diào)控與量子信息重點專項項目的支持下，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年實現(xiàn)石墨烯單晶的超快生長之后，在米級單晶石墨烯的生長方面再次取得重要進展。研究團隊將工業(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，利用外延生長技術(shù)和超快生長技術(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)果為快速生長米級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》(Science Bulletin)發(fā)表，并被選為封面文章。中國科學(xué)院沈陽金屬研究所成會明院士同期在Science Bulletin發(fā)表重點推薦評論文章。
2017年各個方向不斷出現(xiàn)令人驚喜的研究成果，讓人們對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。對于石墨烯的發(fā)展，其制約因素或者說難點，主要在材料制備技術(shù)、全新設(shè)計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)已取得了突破性進展，有望在不久的將來形成石墨烯產(chǎn)業(yè)。
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